Aparate de Bord Pentru Aeronave

Prof. dr. ing. IOAN ARON

A!PA~RATE

D.E

BORD

PEN~J·Ru

AERONAVE

-

tf .·. f A . ·.·.... ·

·.·····_·< ··~

.

EDITURA. TEHNICA 81JCU~Şti 1984

Importanţa echipării aeronavelor cu aparate de bord tot mai perlecţion,ate.a crescut in ultimii ani datorită faptului că, fără informaţii precise asupra regimurilor de funcţio nare a sistemelor de propulsie şi asupra parametrilor ce caracterizează evoluţia spaţial-temporală a vehiculelor aeriene, nu este :Posibilă obţinerea unor performanţe superioare de zbor. şi nici navigaţia de înaltă eficienţă, in condiţiile unui trafic· aeri'an tot thai int~ns şi cu restricţii tot mai numeroase. Lucrarea prezintă principiile funcţionale, teoria şi construcţia aJ)a.ratelor de bord pentru controlul sistemelor de . propulsie şi p~tţu p~lotaj şi navigaţie. O atenţie mai mare este acordată aparatelor giroscopice şi sistemelor autonome de navigaţie. Car,tea este adresată piloţilor, navigatorilor, inginerîlor de diferite specialităţi, tehnicienilor de înaltă calificare, cadrelor cu pregătire superioară care lucrează în industria aeronautică, fiind utilă tuturor celor care, prin preocupările lor, au tangenţă cu problemele generale ale măsurării mări milor neelectrice ~i ale automatizărilor. Ea constituie totodată un material documentar extrem de folositor pentru cadrele didacti.ce, studenţii şi elevii din învăţămîntul aeronautic.

Control

ştiinţific:

dr. ing. Ulm SpiJ:1eanu prof; dr. ing. M: Niţă Redactor: ing. Nicolae Voicu Tehnoredactor: Elena Geru Coperta şi supracoperta: Mihail Boitor

~

Bun de tipar: 27.IX.1984. Coli de tipar: 31,5. c.z.. 629.13.05/.06. iparul executat' sub comanda nr. 149/1984, la Intreprinderea .:;Poligrafică "Crişana", Oradea, str. Moscovei nr. 5. R"ubtie> • Rom.Wu

PAGINI LIPSA 53-54

PAGINI DUBLE 389

143-144 183-184

463

207-208

. }n· 'lţlti'T'!Jete :desenii aer<;~iwu.tica s:..a .· ~ezvoltat în . mod exploziv .şi a curente ale· o~n,itii prin aplicaţiile sale spectacularte; cop,trlbuind tn aceSt fetla civilizaţia u1'11leină . . >Drept urma,re, aerO'fWUtica a determi111Jit. mutaţii importante ·.·într'-O serţ~·· de domefl:ii .ştiinţific~ 'J?toderne, precum şi în Q..?tivJţllţiljj · ro_ciâZ-cuZ-: tufal~~: Gonstrucţîa unor vehicule aeriene. c:u performanţe' tot mai tnalte~ ca'l".e ·au 'ţJţftut satisface exţgenţele severrt·ir.ecesar-e tn cucerirea văZduhu lui Şi spati~l'LLi ?osmic, a stimu1at în ciceraşî timp Şi progrese T"e'Jnarţabile în d~tifuz."'me~icii, ~l~ctrotehniCii, electroiiîcii şi tehnicii · de cazc-uz~ concretiZate prin echipa'l'nente · de riwre rafinament tehnic, fără ţie care nu se, ~~ j:q~pe pţoî~'ctpred rwilqr jţerret:aţii de aeronave, cart: .&:.ebuie' să facă Jafltzbor'ului. fO!lrte ·complex cUn ziiele noastre. . .· . De citfels.f/nţ::(:i d,e ta începuţurile aeronauticiî, cu atît inaLmuli acum~ s-a constatat_ că· vehiculele aeriene nu pot fi pilotate corect şi sigur fără ajutoru~ unor instrumente de bord care să iruiice în fiecare moment parametrii zboruJui avioanelor mo~. Desi!J4.~·~mele aer~ g:u, ~~ dotate c1t ~~pte de ,bdţţl re!Qtiv ~'!ii#~ ~f'};>fi,ţ~fi · ~~~s~.: :!!~fecţiq~ na.rea continuO:'a aeronavelor a solicitat echîparea for cu a,parate, âe 'bord extrem de complexe din punct de vedere constructiv, care ·să asigUre zborul acesto'r~L.Q'Wlve ziua şi noaptea, în orice condiţii meteorologice. Cunoştinţele referitoore lq. teoria şi constructia aparatelor .de bord s-au constituit înt'l"-un siStem. de domenii ştiinţifice formîr"d un ·ansamblu interdisciplinar avînd multiple implicaţii în ştiinţa şi tehrwlogia contemporană. Cele mai recente cuceriri ale tehnicii . moderne, dintre ca'l"e se pot menţiona mîC'I"oprocesoarele, laserul, fibrele optice şi holografia îşi găsesc aplicaţii imediate sau viitoare de mare utilitate în aparatele şi echipamentele de la bordul aeronavelor actuale şi de perspectivă. Sintetizînd cu competenţă un vast material. doc:;u,mentar, precu,m şi popriile sale contribuţii în acest domeniu, autorul cărţii "Aparate de bord · aeronave" a reuşit să elaboreze o lucrare valoroasă, de tnaltă ţi r••~ liirirţij'ică şi cu o multitudine de informaţii. Vom semnala în acelaşi i~tţn,ţ·î~}'ţlr'eoc;tlipctrile

...

5

j

timp modul judicios în care autorul a structurat întreaga lucrare. Astfel, în cadrul primului capitol se prezintă cititorului noţiunile esenţiale pe care se fundamentează studiul aparatelor de bord. In continuare, fiecare capitol constituie o tratare unitară a unor categorii de aparate, expunîndu-se concis atît bazele teoretice ale domeniului, cît şi · date concrete asupra variantelor constructive realizate. Vom remarca în acelaşi timp o meritorie . orientare a autorului de a acorda o extensie deosebită aparatelor de bord moderne, de complexitate sporită, aşa cum este cazul aparatelor giroscopice şi sistemelor de direcţie sau centralelor aerodinamice şi sistemelor autonome de navigaţie. Prin specificul ei, carteq. se adresează în primul rînd celor care lucrează în domeniul aeronauticil - ingineri, piloţi, navigatori. Totodată, ea prezintă interes pentru cei
se

Acad. ELIE CARAFOLI

CUPRINSUL 11 Introducere Q")Elemente . comJ)Onente ale apa~ 37 rate,o,r amortizoare , ., . 1.2. CornpQnente. eiectrice şi electronice ale aparatelor de bord . 51 1.2.1. Traductoare şi convertoare .5!1 electrice . . . . 1.2.2. Aparate indicatoare şi elemente de prelucrare a semnalelor analogice · 67 1.2.3. CircUite de măsurare utilizate in aparatele de bord 74 1.2.4. Trânsmisii la distanţă şi sis-. 83 teme de urmărire €}.iăsUrarea presiunîlor, la bord . 94 94 2.1. COnsideraţii generale .. 2.2. Man0111etre mecanice . , • . . 94 2.3. Manometre . elţ>ctromecanice cu traductOr potenţiometric rezistiv 96 2.3.1. Manometru electric la distantă unificat • . . . . . . 96 2.3.2. Manometru cu transmisie po" tenţiometrică· ·. • 98 2.4. Manometru cu traductor inductiv . .. 101 2.5. Calculul manometrelor electromecanice 103 ·~ temperatţtrilor la '='. . . . . . . 105 3.1. Omsideraţii generale 105

3.2. Termometre cu termorezisten-

.

ţă

.

3.2.1. Caracteristicile .• termorezis-

toarelor 3.2.2, Schemele termometrelor cu

107 107

. 108 termometrelor de bord · 110 3.2.4. Erbrile termometrelor cu termorezistenţă ... 112 3.3. Termometre cu termocuplurL. 113 3.3<1. Caracteristicile .termoelementelor . . . . . 113 3.3.2: Construcţia termcimetrelor cu termocupluri . . • .. . 3.3.3. Erorile termometrelor cu termocupluri ..... . 118 3.3.4. Calculul termometrelor cu termocupluri 120 Jtermorezistentă

3.2.3. Constructia

~~j:kr:a:~~:~r~i~bOr~ • 4.2. Tabometre magnetoinductive

122 122 124

4.2.1. Teoria tahometrtilui magne-

toinductiv 4.2.2. ·Erorile tahometrelor magne-

. toinductive 4.2.3. Constructia

124 129

tahometrelor

magnetoinductive 4.3. Tahometre electrice 4.3.'1. Tăhometre electrice de cu-

rent continuu

129

133 133

4.3.2. Tahometre electrice de cu-

rent alternativ · 134 5. Aparate şi sisteme pentru mă surarea cantităţii şi debitului de combustibil . 136. 5.1. Consideratii generale . 136 5.2. Măsurarea cantităţii de combustibil 137

\

5.2.1. Clasificarea litrometrelor 5.2.2. Litrometre electromecanice

cu flotor

.

.

5.2.3. Litrometre capacitive 5.3. Măsurarea debitului de com-

bustibil 5.3.1. Clasificarea debitmetrelor 5.3.2. Debitmetre de viteză 5.3.3. Debitmetru de viteză totali-

zator

137 137

142 151 151 151 154

constructive ale debitmetrelor de bord . 155 5.3.5. Erorile debitmetrelor de vi5.3.4.

Particularităţile

teză 158 6. Măsurarea altitudinii de zbor . 159 6.1. Metode de măsurare a altitudinii 159 6:2. Teoria altimetrului barometric 161 6.3. Construcţia altimetrelor barometrice 164 6.3.1. Altimetre. cu un ac indicator 164 6.3.2. Altimetre cu două ace indicatoare 166 6.3.3. Altimetre cu corector a presiunii statice 167 J. 70 6.4. Erorile al timetrelor 6.4.1. Erorile metodice ale altimetrelor 170 6.4.2. Erorile instrumentale ale altimetrelor 172 6.5. Calculul altimetrelor 175 176 6.6. Altimetrul de cabină

7. Măsurarea vitezei de zbor 178 7.1. Definirea vitezelor de zbor . 178 7.2. Metode de măsurare a vitezei 179 :179 7.2.1. Metoda manometrică 7.2.2. Metoda termodinamică 180 7.2.3. Metoda anemometrică 181 7.2.4. Metoda rezolvării triunghiului vitezelor 182 7.2.5. Metoda vizării reperelor terestre 182 7.3. Teoria vitezometrelor aerodinamice 182 7.4. Construcţia prizelor de presiuni 1186 7.5. Construcţia şi calculul vitezometrelor pentru viteză indicată 191 7.5.1. Necesitatea cunoasterii vitezei indicate · 191 7.5.2. Calculul vitezometrului pentru viteza indicată 192 7 .6. Construcţia şi calculul mano-

metrelor pentru măsurarea vitezei adevărate şi a numărului Mach 7.6.1. Vit~zometre mecanice fără traductor de temperatură

8

7.6.2. Vitezometrul combinat 7.6.3. Transmiţător de viteză adevărată

7.6.4. Indicatorul numărului Mach 7.7. Calculul erorilor metodice si

194

197 199

instrumentale · 199 datorate prizei de presiuni 200 7.7.2. Erorile de măsurare a presiunii 200 7.7.3. Erori metodice de presiune 7.7.1. Erorile

şi temperatură

200

7.8. Metodica de calcul a vitezo-

metrelor

203

Măsurarea unghiurilor cidenţă şi de glisadă .

7.9.

de in204

8. Măsurarea vitezei verticale 8.1. Consideraţii generale 8.2. Teoria aproximativă a vario-

metrelor

206

206 206

8.3. Erorile metodice ale variome-

trelor 8:3.1. Eroarea

. . . . 209 dinamică

inertiei

8.3.2. Eroarea datorată

datorată

variaţiei

temperaturii T 1

trice 8.5.3. Calculul

. . . mecanismului

209 210

•

8.3.3. Eroarea datorată temperaturilor .Te' T 1, Tmed 8.4. Constructia variometrelor 8.5. Calculul 'variometrelor 8.5.1. Calculul capilarului 8.5.2. Calculul capsulei manome-

210 211 213 213 213

de

transmitere

213

9. Centrale aerodinamice 9.1. Consideraţii generale 9.2. Relaţiile de etalonare ale cen-

tralelor

216 216 217

9.3. Structura centralelor aerodina-

mice

218

Particularităţile

constructive ale centralelor aerodinamice 9.4.1. Transmiţătorul de presiuni . 9.4.2. Transmiţătorul pentru temperatura aerului frînat 9.4.3. Rezolvarea ecuaţiilor de etalonare 9.5. Erorile centralelor de altitu-

9.4.

tline-viteză

9.5.1. Erorile metodice 9.5.2. Erorile instrumentale 9.6. Particularitătile constructive ale centralelo~ de altitudine şi viteză

193

196

2120 220 223 224 229 229 230

-

230

10. Determinarea direcţiei de zbor 10.1. Noţiuni introductive 10,2. Metode de măsurare a capu~

234 234

şi

lui

gismentelor

. • ,,

• . 236

10.3. Compasul magnetic 10.3.1. Magnetismul terestru 1().3,2. Acul magnetic ca element

237 237

sensibil

. .•. . . . . . 241 10.3.3. Construcţia compasului magnetic . . . . 242 10.3.4. Erorile compasului magnetic . . . . . . . . . 243 10.4. Compasul magnetic de inducţie

electromagnetică 10.4.1. Principiul de funcţionare . 10.4.2. Construcţia compasului inducţie . . . . . . . . . 10.4.3. Observaţii asupra erorilor
qe

246 246 251

252 . ,253

10.5. Compasuri astronomice . 10.5.1. Metoda astronomică de mă~

surare a . capului 253 10.5.2. Construcţia compasurilor astronomice , . . • . . , . • . 2.55 11. Noţiuni de teoria giroscopUlui 260 11.1. Consid~raţi-i generale .· . 260 11.2. Relaţiile principale ale miş., cării solidului cu punct fix . . 263 11.3. Dinamica solidului cu punct fix . · 266 11.3.'1. Ecuaţiile lUi Euler . . . 266 11.3.2. Ecuaţiile lui Etiler modificate . . . . . . . . . . . . 267 11.3.3.. Ecuaţiile lui Euler modificate in cazul devjaţiilor: mici 268 cu 11.3.4 .. Ecuaţiile giroscopqlui suspensie ·cardanică 270 11.3.5. Consecinţele variaţiei vite-· zei proprii de rotaţie . . . . 27 4 12. Giroscoape de viteză şi. giro. 276 scoape Integratoare · . 276 12.1. Giroscoape l'le viteză 12.Ll. Construcţia giroscoapelor de viteză . . . . 276 12.1.2. Teoria giroscop:ului• de vi- ·· teză .. . . . . . 278 12.1..3. Generalizarea teoriei giroscopulO.i cu un grad de liber279 tate . . . 12.1.4. Erorile giroscopului de vi:teză . . __ . . . . . . . . 280 12.1.5. Construcţia aparatelor gi:ro-: scopice de vHeză . ., . •· -'· . · . 284 12.2. Giroscoape . integrato~:~re. , . · ... 291 12.2.1. Caracteristicile giroscopu... lui integrator . . . . . 291 12.2.2. Constructia giroscoapelor 293 integratoare ' 13. Giroscoape poziţionale · de ver.o ticală

.· '1\3..1.

Consideraţii

gener&le

296 296

Destinaţia giroscoapelor poziţionale de verticală . . . . 13.1.2. Principiul de funcţionare a

13.1.1.

•giroorizontului . . . . . Ecuaţiile caracteristicilor de corecţie . . . . . 13,1.4. Considerarea rotaţiei Pă mîntului şi a deplasării aeronavei în ecuaţiile de mişcare a girosoopului vertical . . . . . 13.2. Giroorizont cu caracteristică ·· de corecţie proporţională . . . 13.2.,1. Ecuaţiile giroorizontului cu caracteristica de corecţie proporţională . . . . . . . 13.2,2. Giroorizont montat pe o platformă fixă în raport cu Pă mîntul 13.2.3. Giroorizont montat pe o . platformă .·ce se . deplasează cu viteza V =const; . · · 13.2.4. Erorile giroorizontului da-' torate acceleraţiei longitudir:iale 13.2.5~ Erorile giroori,zontului in zbor rectiliniu orizontal cu .os.ci:laţii lente de. vţte~ă . . . . . 13.2.6. Erorile de viraj ale. giroorizontului cu corecţie proporţională .......... . 13.3. Giroorizont cu caracteristică de corectie de tip releu . 13.3•1. Forma ecuaţiilor de mişcare ........ · · · 13.3.2. Giroorizont cu corectie con,. stantă montat pe o pl~tformă fixă fată de PălTiînt . . 13.3.3. Erorile girooi'izontului .în zbor rectiliniu cu viteză constantă . . 13.3.4. Erorile giroorizontului cu corectie de tip releu în zbor .rec'tiliniu accelerat 13.3.5. Erorile . giroorizontului cu corectie de tip releu in viraj . 13.4. Gi.roorizont cu. caracteristică de corectie mixtă . . . . . . . . 13.5. Metode de micşorare a eroridor în viraj . . . . . 13.6. Alte erori ale giroorizontui'ilor . . . . . . . . . 13.7. Giroverticaluri perfecţionate. 13.7.1. Giroverticaluri pentru avioane de ina1tă acrobaţie 1•3.7.2. Girove.rtical de precizie inaltă . . . . . 13.8. Constructia giroorizonturilor şi giroverticalurilor pentru ae;ronave 13.8.1. Giroorizonturi pentru ae!'Onave grele . . . . . .

296 297

13.1.3.

301

302 307 307 308

311 312 313 313 317 317

323 324 32s; 32!.) 331 33t 332 332 333 334 33!

9

13.8.z.,·Giroori.-;ontul pentru avi~ oane acrobatice . . , , 13,8.3:.Giroori;w-nful•.·._•.·la .distanţă .• 113.8.4. Girqorizontul . combinat . 14., Aparate gitoscopice de direcţie . . ..., . . 14.1 .. Corişideraţiî ·· generale 14 . 2. Q:irosemicompaS1Jri de avia-

338 340 344 346 346

-tie. . ·.·.. . ...... ·· . . . . .. 347 14.2.1. Principiul de fuiJ.ctionare a girosemîcorppasului . · . . . . 347 14.2 :2~ . Oiroş~micompas. c:u. corecţie după cad.cu în miş~re pe ortodromă : . . . . . . . . 349 14.2.3. Girosem.~coblpas. cu. corecţie pendulară in mişcar~ pe orto" qromă . . . . . . . . . 353 14.2.4,. Erorile· · gJ.rosemicompasul'i- · lor • . . . . . . . . .. . . .· 356 14.3. Constructia giroşemicompa~ · sului .. ·. . . 362 f4;4. CaJ,culul prelimii1ar al girOc 364 semieoinpas1.1ri!or ··

15. SisteJile de miîsurare a direc367 . · ţîei de zbor 367 15 .1. Consideraţii . generale . 15.2. Sisteme de cur-S două ca~· 368 · nale . . . . . . . . . · . . 15.3. Sisteme de curs cu trei ca"nale... . . . . . . . . . , . . 372 15.4. Sisteme· de curs multicanal. 373 15.5. (:op.ştrucţia şistemelor de cun;;.· ·.:. , • . . . .• • . . 374 15.5.1. Particularitătile sistemelor· de curs pentru aeronave . . . 374 15.5.2. Sisteme de curs pentru avioane grele KS . · . . . : · ..· .. 375 155.3•. Sistemed~•·curs pentru aVioane acrob'lotice KSI ·. . . . . ·381 15.5.4~ Sisteme de CU:rS de precizie TKS . . . . . . . • . . . . 385 16~ Pripeipiîle · stabilizării girosco• piee • • . . . 390 16,1: Consideraţii generale . 390 16.2. Girostabilizator de fortă mo~ noaxial. ·. . . . . . . . . . .• .. · . . . 391 16.3. Teoria.· simplificată· a ·girosta!bilizatorului . . . . . 393 16A Girostabilizator biaX:ial 399 16.5; Centraia giroscopică de verticală ŢGV-4 ·. . . . . . . . . 400 16.6, Platforma stabilizată girosco-pic . triaxială . . . . . . . 40~ 16.7. 'Centrale giroscopice de cap şi de verti-cală . : . , . . · . 406

eu

17. 1\feţodel-e. aeroduiamică. şi DoppJer de navigaţie . . . . .

416

11:1. Consideraţii generale . . . 416 17.2. Principiul. metodei aerodinaI1lice de navigaţie . . . . . . . . . 4'1.7 17;3. Erorile' sistemelor aerodinamice de navigaţie . . . . 125 17.4. Sistemeautomate:Doppler de 427 navigaţie . . .... 17.5. Construcţia sistemelor a'liltD433 mate de navigaţie 438 18. Navigaţia inerţială 18.1. Metoda navigatiei in~ţial~ · 438 18.Ll. Accelerometrui si· semnificaţia1ndicaţiilor sale . . . . 438 18.1.2. Principiul . naviga tiei inerţiale · ... · . . . . 439 18.1.3. Influenta rotatiei vehiculului . . : . . ·. . . . . . 441 18.L4; Determinarea coordonatelor în ·raport cu . un referential neinerţial . . : ·. . .' . . . . 44l HU.5. Sistem. de navigaţie inerţia:.; lă fără ,platforllllJ. . . . , • .: . 443 18.2. Constructia sistemelor imir,. ţiale de navigatie . : . . .· . . 445 18.2.1. Clasificarea' sistemelor iner.:. · ţiale . . · . . . . . 445 18.2.2. Procedee de corectie a ac~ eeleraţiei gravitaţiei · .. . 446 18.2.3 .. C9I'lstrtiCţla accelerometre.:. lor · . . . . . . . . . . . 447 18.2.4.'Principii de construcţie .. a sistemelor inerţiale monodime'n.:. siotlale de navigaţie .· . . . 450 18.2.5. Principii de construcţie . a sistemelor . inertiale bîdimensi~ 455 nale de navigaţie • . . . 18.3.Erorile sistemelor inertiale de navigaţie . . . . · . . · . ; . 459 18.3.1. Studiul. oscilaţiilor platfor459 mei . . . . . . . . . •' . . . . . . '461 18.3.2. EcUaţia er-orilor . . . , 463 18.4. Alinierea platformei · . . 19. Sisteme complexe de naviga•. ţie .. . . . . . . . . . 467 19.1. Consideraţii generale Şi clasificarea SCN . . . . 467 19.2. Amortizarea oscilaţiilor plat;. 469 formei· . . 19.3. Sisteme inertiale cu asistare 473 multiplă' · 482 20. Sisteme directoare de zbor 20.1. Consideraţii generale . . . 48.2 20,2. Relaţii intre parametrii mişcării aeronavei şi parametrii traiectoriei' impuse . · . . . . • 483 20.3. Teoria sis.temelor directoare 486 20.4. Constructia sistemelor direc..: 493 toare de zbor · 500 Bibliografie • . . . . ,

ţp~rateLe. de' bord sint de~ tinate: măsl!tării~ ,cgnye,rşiei, ;tfap~tni terii la distfU).ţă .. §i.q;fişării~m~ril:Qi}pr.f}z.i~icare cg,r~cte~ize~;evolt,J.ţia · aeronavelor şicacagregatelor'cde· bord; Dispozitivele similare aparatelor de bord, dar ca:i~'}lU;.asi~ră afişarea infbrrriaţiilor,·d elaborează la ieşire semnale electri~~ şe numesc tmnsmiţătoare: Se poatespune că atît aparatele de bord·. dt şi transn1Îţătoarele sînt. di~pozitive dinamice care. asigură conversiamăriW.îi·de, ·măsurat :Q:Umită mărime de intrare, x(t) într-o altă mărime fizică numită mărime de• ieşire, y(t), care poate fi percepută de om prin organele sale de simţ sau· care poate fi utilizată direct pentru comanda aeronavei sau ·agregatelor acesteia: Îrt componenţa aparatelor de b(}rtllntra .{ţig.l) elementit- csetrsibile ES tr~ductoare T, scheme de măsurare ·SM,··alfiplîffcato~~ A·.·şi.·.uispozitive de' afişare.sau .deindicare DA. în afară de sem11,alul util x{t) ...,..:-.presiuni, temperaturi, viteza etc. -- asupra aparatului acţionează şi sem~ nale parazite Y) (t) numite Şi zgomote, care cauzează apariţia erorilor. între X+~ aceste mărimi există r~laţi
Y(s) x(~)4-Yt(S}'l'J(st, · ['·----::•!

:-·,_,~·-.-_.o--··_-

.;_-.-;~~_;,;.-;_:~-:~_,-~::-?:o

în care: Y{s) şi Y.'l(s) sînt fu:ncţiile de· ... · transfer· ale api1r:1:ţţului în. rl'I.POŢL cu Fig.

în

1. Schema bloc a upui aparat

semnalul util x(s) şi, respectiv, ra-·. fES - . element . desensibil; bord: T - traducport CU zgomotul SaU perturbaţiaT). (8). . teP; SM - senema: de-măsurare.; A Funcţionarea aparatelor dec bord· · amPlificator;~~'!
11

Cîteva tipuri de traductoare uzuale Nr.

Denumirea traductorului

crt.

şi observaţii

1

Sonde (detectori)

Dispozitive de captare a mărimii de măsurat, care trebuie să aibă o structură sensibilă la acţiunea acesteia. Pot să sesizeze un semnal de natură oarecare optim adaptat operaţiei de măsurare (sondă Hali, sondă magnetică etc.)

2

Traductoare. in. general

Dispozitive care modifică structura semnalului primit de la sonde. Se numesc uneori şi convertori de măsură

3

Dispozitive de mărire sau a) Cele ce se limitează la amplificarea semnalului, la energie constantă (transformatoare). de micsorare a semnalului · b) Cele care furnizează energie luată de la o sursă separată de circuitul de măsurare. Ele se numesc in general amplificatoare

4

Filtre

5

a)

Dispozitive ce modifică forma semnalului pentru a reţine anumite caracteristici, sau care schimbă răspunsul traductorului (filtre· de corectie) Transformă o măr1me de intrare analogic~ in mărime de ieşire numerică. Se numesc şi convertori analog-numerici. b) Asigură trecerea de la un cod la altul. c) Transformă o mărime numerică într-o mă rime analogică (convertor numeric-analogic)

a)

Codificatori

b) Transcodificatori

c) Decodificatori.

12

Denumirea functiei traductorului

Tabelul 1

6

Înregistratori sau memorii Dispozitive care păstrează semnalul de ieşire (valoarea măsurată) intre momentul cînd se produce şi momentul cînd se exploatează

7 )

Descifratori .(extractori)

8

Dispozitive de dicare)

9

Calculatoare

afişare

Dispozitive care extrag din înregistrare nutul său informativ (in-

conţi

Furnizează valoarea mărimii măsurate. Pot fi de tip cadran cu ac indicator sau de tip electronic cu afişare pe tub catodic

Dispozitive complexe care prelucrează una sau mai multe măsurări (informaţii, semnale) simultan sau decalate în timp. Ele pot executa operaţii de adunare, scădere, înmulţire, împărţire, ridicare la putere, integrare, diferenţiere, analiză armonică, corelări etc.).

mentele seJ}SibUe, .traductoate!e, meeanjsmele de transmisie şi multiplicare, diapc:>zi:thtele de',afiŞar~· etc.·. ,. . Elementele sensibile care intră'în componenţa aparatelor de bord asigură' conversia ·(transfmmarea) unei mărimi fizice de natură mecanică· în altă mărime fizică de aceeaşi natură. Din această categorie · fac parte ~l~roen!f!l~ ~··~~J}8ibHe · .elasti(!e. (membranele~ capsl}lele, tuburile · Bourdon, arcurile bimetalice etc.). · .. · . . · . · . ..~. · .· ·. ·· .. · • Trciductc)arel~ asigtiră>cf:mv~rsiaunei mărifnl de orice natură într-O mărime adaptată. scopului .nî~&urării. La intrarea traductoarelor se aplică o m.ădme .de ci1l~e (mâriinea de măsurat sau o :mărime intermediară), iar la ieşire se obţine omărim,e de·îeşi're car~ poate fi chiar,mărimea mă surată. In tabelullSint prezentate cîteva categorii de traductoare uzuale. ···Sekema de 117iisurare a unui aparat de bord asigură legătura. dintre toaţe elem.ent~!e ;c.omp~ne.gte ale acesţuia. Schema de .mă.surare este des.c~.(~jg•. ·~ •.;f.j} îri eazl\l'n1etodelo~:de• măsur~e prin deviaţie. Uneori ea necesită ramificaţii pentru' acti'\dzare; ·amP}i~ieare· etc.··Scbema este închisă in cazul metodelor de compensare '(li~ zetd)~ cfud· există dispozitive au:xiliare·necesare pentru adueere&-sistemului la :.Zero, moment în care se poate face măsJ,\l:"area. •Se. asji!Jră ,astfel echilibrarea maiJ;uală sau automată. ln ulti.riiâcsltl.laţie' estei" nevoie de :un circuit de reacţie (fig. 2, c şi d). In .ca~~. sc;l]~~~J. _Qi.p. .. ţţg~ ~t {> se. re~ţze~ă o lllăsurare diferenţială,. în sensul că· zgomotele se elimină prin scădere. Mărimea de ieşire poate fi de forma Y'='=f(Yi~'f).· , : ·

:-~. ·.•·JJ:-.'

Ft~e.:·i. Sclte!Jle .stvucu~ale ale ·apiiratcl~:c . , ..

.·

' •ţiilOI;.:

.

'" .

de ,bord:., ·

a :..... aeh~''t'i~ă'; b "'":SChemarCU, ~10llal1e•dtler~llltial.ă: .' a.,.·r-;:. ... · · c;;v ,'l.!ilUi .S:~at. <:il · pen"i!lrel d ; '''·'

.

~.§~

.. ·.:uţţermedtaâ'

. .

. . • 'eliE!m

• .'8':.... ·-~~ .tte·

··

J.tii
'<1e

cemp~ie;

.

;

m -,'element. ;;..;. •serV'Wnot$r~

e:ite
,·"'-"':-"?,;_">

Metodei~ de măil:lrare se. pot clasifica' după mai inulte criterii. Astfel după•.to~~ 'ElJfPresie~;yalpr~.:lll~~'\lrate se ..q.~ose~sc -m~ări: ·~alogice şi mă$~·âU.tn~t:ice..{v.. ~ul 2}cP'u.pă:tehniqa:.de măsur,arţ.se:·.det)~e~ besc metbde. de:~-sur~~ pri~< (iev.i.(}ţie, Pf~n .. comparâţie (d~ conipen.sa~~) şi prin P.UW.ăta~.,(z. -~~lele. 3 §i 4). ~ii func~ ~e .valoarea:9:~ ~ff;ri~W

,13 )"J

Tabelul•2

Clasificarea metodelor de măsurare după .forma expresiei valorii măşurate . · ~-- -~ :PI:1ncipi•!ll

de

Vl:lria~te.d~ 11leto!f~"- ~firfj,l~i.,

tnăsu_ra:r:_e-.

.Măsurători

apalogice .

-

Modulaţia

··

dbservaţii'

·

··

de. ampli• · tudine. Supprtul informatiei ·' este . un sehmai ·. modulat. Îll . · ·amplitudine

Amplitudlriea semnalului· variază îp func. t!e de mărimea · c1e mâ~urat.·_ Se poate · mod ula J.m ·semnal ··cohtimiu (măsurători ·în c.c,r .:sau· se modtilează ·un ·sefunar va··riabil in timp .de forma: f(ţ) =A,, ~os (wt+
· · Modtdatia -:de' ·trecven.:. · ţă.- :Suportul informa~ · ţi ei·. eşte- · u,n, semnal modulat în fr~cvenţ<:l

Frecvenţ~i sau·~thirsaţia semhkiului puttă ; tor' •variăză' în •-fun.c-tie de.· valoarea mă .. rimii. d.e măsurat · ·

vcitiază cu :valoarea mărimii mâsu-

Caracteristicile impl.l.ls.ului ya~iaţ;ă cu va.,.. loarea: mărimii măsurate; caracteristicile unui grup de impulsuri variază cu valoarea mărimii măsurate

suri

Măsurători

numerice

Coduri (mijlOace de exprimare a unui număr bazate pe sisteme de numărare)

Codific~torh

., (organe care transformă un :semnal analogic într-un număr codifi-: ··cat · ·propriU' coman.- ~- dării unei 1Tiaşini,· ţtnui . p_edferîc ·. sau unui tablou de atişaj) ..

Cod binar: .:sistem cu baza 2 comportînd două cifre, de. regulă . O şi 1; cod ternar:, sistem .cu. baza 3, comportînd ···tret rcifref . . ". ţ:0d. zecimal: sistem-cu "baza 10, cel mai -· .- direct in teligibilţ Codurl- derivatEf.-din cele de mai sus (cod _ciclic, cod bi'na'r-zecimal etc.) Codificator zecimal, sistem care codifică direct în ..sistem z~cimal rotaţia unui ar·. bore motor, care antrenează un angrenaj demultiplicator cu raportul 1/10 (sistemul folosit în contoare). Codificator birf@,r; ·Şistem- ţe~ codifică două cifre, prin. d!Jpă/' $1ări difei'ite (exemplu: 'trece curentul 'im trece); se pot folosi în acest ·Rcop discuri sau cilindri cu porţiuni transparente şi opace.

sau

a .m)rimn m'ăsur1îţe_se'.distîng:· a) măsufătf absolute, c~re serefef~ la

·v.alo~re(i_ de· referinţă zero,

con?spunzătoaie· absenţei fehomenului-·pro~u's

d~ .m,ări~ea .d~ m~t~urat;_ b f măsurări dif~renţiale la care- se · ia ca va-

loat·e ·de

14

referinţă

o mărime de comparaţie arbitrară, a .-cărei valoare ·poate

Tabelul 3

Clasificarea

~etodţ}lor ~~,ptăsuraţe du~~Jelmic;:t_de măsurare

Variante de me:tode.

De:finiţii.

Observaţii

De

:lentă

numărare

·

·

cu cUsp:ozitive mecanice

rapidă

cu contoare electronice

Prin d.eviatia Este cazul măsurării directe a dimensiu. ·unu( aedndinilor unei piese cator in· ra- · t..;·----;,.-...;......~...,..------.---+"'------------------- port cuun Poziţiile de echilibru se obţin prin opocadran.. ____ _ ziţia a·aouă·cuplurrsau. două forţe

M;:tgnetoelectri!Ce, electromagnetice, fero-nil.agnetic.t; .electrodinamice, ferodinamice, cu inducţţe,: termi~e,.~lectrostatice Metode balistice (echilibrul nu s~ poate realiza sub actiunea. mărimii •care produce deviaţia)

balisUcă

propriu-zisă

folosită

atunci cînd mărimea -~de măsurat are o existenţă prea scurtă, ea reducindu-se la un impuls. Măsurarea prin· şocul·· dat - oe· tr .. mărîme ,constantă apli-cată brl.lsc la momentul t=O

Anarnorfoza adică ob.., . . Se realizează atcţionind_aşupra formei or." tinerea unei anumite ganelor mobile (carne) din sistemele mefuncţii de x. · canice, sau pe cale electronică şi electro:.. mecanică

De comparaţie (Mărimea de măsurat

.

Comparaţie directă

Mărimea

mărime

se

se

-comp~ră:-cu o mărime cunoscută) _

de de

obţine

măsurat

acelaşi

x se

fel"

y

compară

cu o

cunoscută pînă

x-y =O

Comparaţie cu · .. ·un · Se_ compară semnalele mx ~i ny. Se ac.- .semnal proporţional . ţionează.· asupra mărimilor m, n, y pînă eu mări:Ql~a de_ mă- rezultă egalitatea X-:11,Y}m=O srirat · · · ·

un

Valoarea semnalului este o funcţie f(x) ·cunoscută, care se compară cu un semnal funcţie de mărimea de comparaţie y, cunoscut g(y)'" La echilibru.. se obţine f(X):-g(y) =O care .se poate aduce prin etalonare la forma· X=((l(y) Intervenţia asupra ţie y se execută

mărimii de comparaautomat cu un servomecanism comandat printr-un circuit de reacţie. Condiţia de echilibru este f(x)-

-g(y)=O

15

Clasificarea ·metodelor ·de· comparaţie PrincipiUl

metodei

De opoziţie sau de zero

-Metode de măsurare

Tabelul 4

Variante. Definiţii._· Observaţii

Metoda •de.· opoziţie

Opoziţia

a

două mănmi

identice. cea necea cunoscută y. La echilibru rezultă X=Y· Opoziţia raportată la cauză: valoarea mă rimii de măsurat se determină menţinînd constantă mărimea y (Y=const=x). Opoziţia raportată la efect: valoarea lui x -se determină ;prin readucerea la zero a indkatorului, menţinînd pe x const cunoscută,

x

şi

Metoda de zero automată ·

Operatorul este înlocuit cu un dispozitiv automat de aducere la zero a indicatorului

Montajul in punte

In acest caz mănmea X fiind pasivă, se foloseşte o sursă comună pentru a acti.c viza d9uă ramuri conectate in paralel. Metodă de zero constă în stabilirea că două pun<;:te ale schemei au aceeaşi stare (potenţial)

Principiul comparării

_valorilor egale

Aici mărimea x nu se aduce in opoziţie cu mărimea de comparaţie. Se obţine egalitatea x=y. Această tehnică este uneori singura aplicabilă în practică

Mărimea de comparaţie se juxtapune mărimii de măsurat

Principiul

Variantă

in care mărimea de comparaţie are o valoare constantă. Instrumentul se menţine într-o stare identică

deyiaţiei

constante Metoda

substituţiei

·

Mărimii

x 1 se substituie o mărime de

cunoscută care provoacă un efect identic. Deoarece se ·compară două efecte succesive, prima măsurare se mecomparaţie

morează

Metoda

Principiul desfăşurării

16

permutării

Măsurări

_prin baleiaj (prin desfăşurare)

Dacă

se utilizează egalitatea mx=ny factorul m/n se poate elimina din calcule dacă are o valoare apropiată de 1. Realizînd o primă echilibrare, mx=ny, se permută x şi y şi se readuce aparatul la zero, adăugînd lui y o mică valoare z

Aici comparaţia se efectuează între mă rimea x, presupusă constantă, şi o mări me cunoSICută y variabilă liniar in timp. Valoarea se obţine în momentul cind diferenţa x-y trece prin zero. Informaţia obţinută este discontinuă şi se pretează la codificări. Se aplică în instrumentele numerice

fi neglijată. In raport de variaţia în timp a mărimii de măsurat se deose· besc măsurări statice (mărimile nu vcariază în timp), cuazistatice (variaţia este foarte lentă) şi măsurări dinamice (mărimile variază în timp). După modul de determinare a valorii se deosebesc măsurători directe şi măsui"ători indirecte. Sînt necesare în final cîteva precizări referitoare la metodele de mă surare. Măsurările analogice stabilesc o analogie între· valoarea mă rimii de măsurat x •şi deviaţia y a unui sistem indicator (echipaj molbil). Problema principală constă în stabilirea corelaţiei precise între deviaţia y şi mărimea x, dată de o anumită lege de corespondenţă continuă numită de regulă ecuaţia scării. Deviaţia sistemului indicator urmăreşte continuu variaţia mărimii de măsurat. Prin operaţia de citire operatorul (pilotul, navigatorul) transformă o indicaţie analogică de pe cadranul gradat într-un număr (indicaţia numerică). Codificarea analogică se realizează pe baza unor fenomene fizice (mecanice, electrice, electronice, termice etc.). Teoretic, indicatorul unui instrument analogic poate lua un număr infinit de poziţii, precizia de citire fiind limitată, în principal, de puterea rezolutivă a ochiului. Măsurările numerice (cifrice) indică valoarea mărimii măsurate printr-un număr obţinut în cadrul schemei de măsurare. Faţă de măsurările analogice, măsurările numerice sînt mai precise, se pot transmite la distanţă mai uşor şi fără erori sau distorsiUni. Caracteristica principală a indicaţiei numerice constă în faptul că valoarea mărimii de măsurat, variabilă după o funcţie continuă, este redată în mod discontinuu cu ajutorul unui convertor analog-numeric.

2. CLASIFICAREA APARATELOR DE BORD

Aparatele de bord pot fi clasificate în funcţie de următoarele criterii: b) natura semnalelor de ieşire; c) afişarea informaţiei; care se transmit informaţiile. }{il) După destinaţie, aparatele de la bordul aeronavelor se împart în patru grupe după cum urmează: ("grupa I-a: aparatele (şi transmiţătoarele) pentru pilotaj şi navi-

a) d)

destinaţie; distanţa la

gaţie;

Y-grupa a II-a: aparatele

şi transmiţătoarele

pentru controlul regimuri-

Iar de funcţionare a sistemelor de propulsie ale aeronavelor şi a celorlalte

agregate de bord; Y grupa a III-a: aparatele

şi

transmiţătoarele

cu

destinaţie

medical-

biologică;

./.grupa a IV-a: aparatele şi transmiţătoarele pentru măsurarea parametrilor ce caracterizează mediul ambiant precum şi parametrii aeronavei ca:-e i.'1fluenţează funcţionarea aparatelor de bord. 17

a. Aparatele din. prima grupă, sînt destinate pentru măsurarea· coor.:_ donatelor- liniare şi .unghiulare,: g~~-~)i;~azti~ :gozitlct.~~!"_D~l)ayeilJI")pa ţitf:~preeum sf'"'â~oer1vatelor acestor coordonate.· Tinuta aeronavei în .ZboP este.: âebnifă~pr~Ufi'ghTume--cre . tangaj,•·rulfiiŞ17gi~.aţie.. Mişţarea;d~;.rotaţie a aeronavei în raport cu axele sale este determinată de vitezele· şi c;tccele~ raţiţle unghiul~re. Poziţia centrului_· de masă se defineşte cu. ajutorul a trel coo~donate: /...,
Şi coor~onatele ce definesc pozi-ţia aeronavej în. rapor.t cu ţinta: a~imutul, înălţarea şi distanţa înclinată. În tabelul 5 sînt prezentaţi . sintetic .parametrii şi aparatele de .bord care asigură m.ă su:rarea lor~ Pe lîngă aparatele menţionate îri tabelul 5, la bordul aeroI1avelor J.noderne se utilizează aparate- perfecţionate cum ar fi centralele af3rodinamice .şi ce:ntr~ele giroscopiCe care eţsigură măsurarea ·filai m ul- 2• tor parametri de zbor, simultan. De asemenea se menţionează existenţa sistemelor complexe de. navigaţie. Ape1r:atele din cea de-a doua grupă măsoară parametrii fizici ce ca~ racterizează regimurile de funcţiqnare ale sistemelor de propulsie, .funcţionarea St1rs~lor .-electroenergetic? precurn- şi funcţionarea unor agregate auxiliare (sistemele de frînare,. de escam.otare, a trenului de aterizare, instalaţiile de climatizare a cabinelor aeronavelor etc.). De această dată, aşa cum se vede în tabelul 5, se măsoară presiuni, . temperaturi, nivele, turaţii, debite, tracţiuni, tensiuni, frecvenţe etc. Grupa a treia cuprinde aparate ce măsoară parametri ce interesează aproape exclusiv navele cosmice şi în particular unele aeronave experimentale. Ultima grupă se referă la parametrii mediului ambiant. Cunoaşterea acestora este necesară atît pentru· scopuri de navigaţie (viteza U şi direcţia 8 aie vîntului) cît şi pentru climatizarea cabinelor aeronavelor. Parametrii referitori la vibraţia aeronavelor se măsoară pentru a stabili regimurile critice de vibraţie care pot dăuna atît structurii de rezistenţă a aeronavei, cît şi ·aparatelor·de bord.

de

~· În funcţie de natura semnalului de ieşire, aparatele~ de bord se împaYt în următoarele grupe: - aparate cu semnale de ieşire care se adresează- organului vizual al pilotului: deplasarea acului indicator, a fascicul ului luminos, a spotu.:.. lui pe un tub catodic etc.; ---- aparate la care semnalele purtătoare de informaţie sînt recepţio nate de pilot cu ajutorul organului auditiv. Semnalul de ieşire se distinge prin intensitatea sau tonalitatea sunetului, prin intermitenţa acestuia etc.; - aparate ale căror semnale de ieşire sînt recepţionate cu ajUtorul organelor de palpare. 18

Tabelul5

D.enumirea. parametrlllui.... (coordonate)

Parametrii

şi

aparatele pentru pilotaj

şi navigaţie

·

Coordonate -~.rni/hiular~:. - .. :,: - unghiul de tangaj {atitudine ~-:..

'

longitudinală);.

-- . unghiul-,~e .. r.ul.iu (înclinar.e..Jate-' rală);

-- unghiul de

}.

giraţie

Giroorizont. {Giro:vertical); girodirecţiona1

Viteze unghiu_lare: - viteza de tangaj; - viteza,,de.ruliu; - :viteza de giraţie

yiteză

Giroscoape de (girometre) -· · ·"·

-

acceleraţia de tanga};

-

aecel~raţia

de ruliu;

-

acceleraţia

de

Accelerometre unghiulare _(pendulare); ~ ~ ~:. ~

giraţie

compasuri de

Unghiurile

definite:Jaţă

aviaţfe

de vectorul

viteză:

_:_ unghiul de incidenţă; - unghiul de glisadă; - unghiul, de -derivă

}

Indicator de unghi de

cidenţă (glisadă); ·

in~

· ·--sistem DoPPle:r;-:·· ··

ciriemod,etNoril_ethi

CrYordbndt~z~ aeronavei:: ~ . altitudinea; ab.aţerea.laiill'ală; distanţa parcursă

_

Altimetru; navigator automat (calculator de navigaţie)

Vitezele -_viteza . proprie. (aqev
Yite.zometr:u aerodinamic; . vitezometru necorectat; sistem·.ooppler; .. varinmetru;: ':itezometru

19

Tabelul 5 (continuare) penumir~a p~rametrului

· (coordonate)

Aparatul de bord cu car_e. se măsoară

Notaţia

Acceleraţiile liniare în raport cu coordonatele Oxyz

-

longitudinală;

l

transversală;

-normală

Accelerometre liniare sau pendulare

Suprasarcinile aeronavei: -

longitudinală; transversală;

-normală

Poziţia

în raport· cu

}

Indicator de

l

Mijloace rad.iotehnice goniometrice şi telemetrice

suprasarcină

ţinta:

A

-azimutul; -unghiul locului; - distanţa înclinată;

q>

D h

-înălţarea

Parametrii regiînurilor sistemului de propulsie

Presiunile în motor: ~-

- combustibil; -ulei; - aerului după compresor; - în priza de presiuni Turaţia

Manometru de combustibil; manometru de ulei;

Pc Pu P2 Pt

}

n

moto,r,ului

manometre pentru aer Tahometru.

-

Temperatura -

în'· motor

înaintea hirbinei;

T~

după turbină;

T4

uleiului; aerului

Tu Ta

Coeficientul· de compresie Căderea

de presiune pe

} }

Termometre cu termocupluri; termometre cu rezistenţă

}

Debitmetre

electrică

r:J.

turbină

r:J.T

Debitul de combustibil: -

20

în regim normal; în regim forţat

Q Qf

Tabelul 5 (continuare) Denumirea parametrului (coordonate)

Aparatul de bord cu care se măsoară

Notaţia

•Cantitatea de combustibil: -

-în volum; în greutate

Tracţiunea

v.

Litrometre (nivelmetre)

G

p

motorului

Tracţiometre

Parametrii mediului ambiant

Parametrii atmosferei: - densitatea; - temperatura; -presiunea - umiditatea; - viteza vîntului; - funcţia de corelaţie a turbulenţei atmosferice

y(P)

T p X

u

R(,;)

TerlJlometre pentru aer; manometre pentru aer; higrometre; sistem Doppler sistem Doppler (cinemoderivometre)

Parametrii aeronavei care influenţează ·apa.tatele de bord: - amplitudiJJ:ea vibratiilP~i: _;_ frecvenţa vibraţiilor; ..,..:.... temperatura lJ.nOr părţi ale aeronavei

Vibrometre; frecvenţmetre:

termometre

În cazul transmitătoarelor semnalele de iesire nu se adresează omu1ui. Din.· acest ~tiv~1e se-potprezenta :suTiorme !o arte· variate .. pupa :natura. ăeestot sennrale Se â1st1ng: . . . . ... . -~·--·~--~~---.. _r;S;--:-_ tra:ţ1smiţăţoare c11,sem~al de; i~şir~ ~lecţric;.Jn acest scop informaţia primară este convertită cu unul sau mai .multe traductoare astfel încît laieşir.e se .obţine un semnal electric; transmiţăt'oare-cu :semnal de ieşire hidraulic sau pneumatic; --~- transmiţătoare cu semnal de ieşire mecanic (forţe,. deplasare, vi:teză etc.); (--- transmiţătoare cu semnal de ieşire optic;· :;L_ -- transm.iţătoare cu semnal de ieşire acustic. La bordul aeronavelor moderne se utilizează aproape în exclusivi'tate transmiţătoare cu mărime de ieşire de· natură electrică.

V-'-,

~ c. ln funcţie·de procedeul de afişare a informaţiilor se deosebesc:

'_/\....- aparate de bord la care afişarea se face. analogic ~cu ajutorul unui diSpozitiv de indic.are format din cadran circular sau dreptunghiular şi ac

21

indicator (fig. 3~ â şi b); cadranele pot avea şi formă . cilindrică sau

ski'~'~pa.r~tf,_la'{.)are afişarea se asigură~ ajutorul~ pdrane avîn;l ~E:r:~~~ţe ip_a~I?-~ •~rafice s~~~stiv~; ele oferă o ima_gfne' calitativă1 s~n:-

c

a

Fig. ::3. Dispozitive de afişare a informaţiilor: 'a· -'- 1CU: ae indicator şi cadran ·cireulatr; b - cu laC inilicator şi eadran liniar; c - oad1'an cu imagini con.ven... : ţionale. ~

~

tetică asupra evoluţiei aeronavei în zbor; spre .exemplu _cu c:ljutorulc~dra-: nului din fig. 3, c se poate stabili poziţia avionului faţă de~ p~anulorizon: tal; un aspect particular al aparatelor cu indicaţii convenţionale îl reprezintă semnalizatoarele, destinate să avertizeze pe membrii echipajuluFdes..;. pre apariţia la ::bord a :nnor regimuri anormale; spre exemplu, în loc de a afişa în permanenţă· ~un parametru oarecare x(t), se semnalizează numai dacă acel parametru ia valori periculoase; procedeul prezintă avantajul că r1u solidtă~at~nţiaechjpeţjului de~ît atunci cînd este necesară interven-ţla_}1Ji p~n~rg:a.rest~bili~regilnuLnor)Tial de~ funcţionare; _· . · · ••, ., .· .. ".• ~ :· ari~at~: cu "afiş~e~f numerică" into:tmaţieiyi~l1a1~ îrf_co"d :z~cimal sau în. sod .binar .(v. tabelul ;2); .intr_oducerea. indicatoarelor. numerice rePt~intă o tendfnţă ~enerală: âtît în domeniul" măsurărilor comune:; cît şi îri~'cl ai irtă~urărilor la bordul aeronavelor; . ~ . . •-; ·• - c aparate cu afişare mjxtă. a informaţiilor; "în ultimiittni se mani.;.. 0 fe ă": teil.dinţ~ ca pe •cadranul a.celtiiaşi aparat Să 'se. afişeze mai multe in' formaţii:, ifie numai sub;JorJI;lă analogică, fie numai numerică, fie -mixtă; este vorba de aşa-numitele aparate indicatoare combinate; alteori apa-ratul afişează i:rnagini grafice sugestive combinate cu indicaţii analogice sau numerice; acestea sînt cunoscute sulb denumitrea. de :p,parq:ţe indicatom:e integrate; · . . ., · 'fi- aparate. ,care afişează calitativ numai diferenţa dintre valoarea pro~ramată (necesară) şi cea reală a parametrului măsurat. Ele sînt aparate :de., zero; .sau aparate directoare; ele sînt comode în:~e.xpl()atare; căci pil-otul trebuie să acţioneze astfel încît s
a

~~ff~;

22

.

J><4. După diStanţa 1a . care se transmit se împart în. două grupe:

indîcaţiiler aparatele ·ae· bord

a~~~;'"e~~ee~ :;,.:~~~ ~is~!~~:V: ~~[a}:, .l;:;as~e {!ăs::;_ 8

nînd mai toate e-lementele componente, de la traductorul de intrare pînă la ·dispozitivul de· afişare; · .· · . · !'". L aparate cu transmitere distanţă a indicaţiilor~ în acest caz afisa~ semnalelor de iesire se face la o anumită distantă de locul de " , -, fată . -',

la

; -'

-

,·

-

'

--

,.

-

_-

.

-

.

.

-

~

.

-

.;-

.

Fig. ·4. Schema bloc·. a aparatelor cu transmisie la dis~anţă a indica-

-:..

ţiilor:

a :--- tra!1.JSmisie cu semnate 'allfîlogice; b. -

· · ·
·

.transmisi-e cu seun.naie 111/iUneric{'

·

-~~

"'··--· --

!

rJ_. ·.

j

captare: a informaţiei primare x(t), fiind deci vorba .de o t~lemăsurare; la_ bordulaeronavelor acest tip de măsurare este destul de răspîndit, avfud în vedere că par~metrii măsuraţi· se referă la regimul motoarelor · sau .altoJ:' agregate,... în timp ce afişarea ip_fornţaţiilol' trebuie să se facă în_· cabina ech,ipajului. În .unele situaţii transmiterea la distanţă se asigură între aeronavă şi centrele. de dirijare de Ia sol. Construcţia unui aparat cu transmisie la distanţă este mai complexă. De regulă aparatul eşte format din două părţi distincte:. un transmiţ~tor şi UI:lUl sau m~i multe indicatoare legate. între ele~ printr-:-l}n .canat d,~ .trallfpJ,rlsie la- distqnţă• . · Se1Ilnalele ob~iJ.gte-:de)ci: trânsmiţăter sjnt transformate cu ajutorul unui bloc convertor - ain-prificator (fig. 4, d) şi apoi aplicate Ia intrarea indicato-· ruluî. In acest caz transmiterea la distc:tnţă se face sub formă analogică. Dacă se impune ca transmiterea semnalelor la distanţă să .se facă sub formă numerică, aparatul trebuie să·_ cuprindă atît convertoare analognume~ice, cît .şi un •. canai_ de transmisie, de regulă· prin radio (fig. 4,- b ). Din schemele prezentate în_ fig. 4 lipsesc sursele de alimentare, care se subînţeleg. De asemenea este evjdent că elementele componente sînt conectate într-o schemă de măsurare convenabil alcătuită. Aparatele de bord se pot clasifica şi după criterii constructive. Din acest punct de vedere se deosebesc aparate de bord mecanice, electromecanice şi electronice. În realitate, cu unele excepţii, aparatele de bord au o construcţie complexă care include atît componente mecanice -cît şi Qllllponente electrice, electronice şi optoelectronice.

23

c v·

PRINCIPII DE PREZENTARE A tN CABINA ECHIPAJULUI

INFORMAŢIJLOB

Indicatoarele aparatelor de bord şi celelalte sisteme care transmit membrilor echipajului pe cale vizuală sînt montate în cabina echipajului pe cîteva panouri, dintre care unul frontal, numit tablou de ~·Acesta se încadrează î:ri- arhitectura generală a cabinei . de .pilotaj care conţine şi alte elemente necesare conducerii avionului. In organizarea cabinei de pilotaj se au în vedere principiile ergonomiei - ştiinţă care studiază metodele de concepţie şi exploatare a mijloacelor tehnice,. urmărindu-se optimizarea relaţiei om-maşină-mediu. Sistemul complex format din om, aeronavă şi mediul în care ·aceasta evoluează funcţionează corect dacă se asigură următoarele compatibilităţi: informaţională, energetică, spaţial-antropometrică, biofizică şi tehnica-estetică. Într-un astfel de sistem omul comandă nu numai aeronava, ci şi modelul informaţio nal al acesteia. După acest model pilotul îşi dă seama de poziţia şi evoluţiile pe. care le execută aeronava fără a observa din exterior fenomenuL Modelul informaţional de bord· întruneşte dbuă domenii: unul senzorial compus din aparate indicatoare, semnalizatoare, ecrane, grafice ete. şi altul motric. - senzorial· care constă din dispozitivele de comandă ale aeronavei compus din pîrghii, manete, butoane, întreruptoare etc. ln continuare se fac referiri pe scurt la modul în care se aplică principiile ergonomiei pentru a se realiza expunerea optimă a informaţiilor pe tabloul de bord. Rapiditatea şi precizia de citire a indicaţiilor aparatelor şi de formare a modelului informaţional depind, în foarte mare mă sură, de locul· şi modul de plasare a indicatoarelor pe tabloul de bord. Avînd în vedere numărul mare de parametri controlaţi - cîteva zeci.-··-· este evident că plasarea iridicatoarelor trebuie astfel făcută încît timpul necesar citirii şi ·interpretării~ informaţiilor să fie cît mai scurt. Indica~ toarele aparatelor care măsoară ·cei mai importanţi parametri trebuie plasate în centrul tabloului de bord. În acest sens se are în vedere destinaţia aparatelor corelată cu principalele regimuri de zbor, valoarea informaţiei,. securitatea zborului, minimizarea timpului necesar pentru citireac indicaţiilor şi pentru formarea modelului informaţional. Ţinînd seama că viteza de zbor, altitudinea, unghiurile de ruliu, tangaj şi girq.ţie sînt parametri care. au o valoare informaţională mult mai mare decît spre exem-:plu .presiunea din instalaţi a hidraulică sau temperatura aerului, indic.~ toarele primilor. parametri trebuie plasate în ·centrul tabloului de bord·· (la avioanele monoloc) sau în faţa fiecăruia dintre cei doi piloţi (prim şi secund) în cazul avioanelor de pasqgeri. In cadrul organizării clasice a unui tablou de bord, în partea stîngă se plasează aparatele pentru pilotaj şi navigaţie, iar în dreapta - aparatele pentru controlul regimurilor motoarelor. O organizare mai modernă a tabloului de bord se poate vedea ·in fig. 5, unde se folosesc aparate combinate şi integrate, dispuse astfel ininformaţii

24

cît indicatoarele pot fi urmări te în raport cu două drepte de referinţă: una orizontală si alta verticală. Un criteriu major privind plasarea aparatelor pe tabloul de bord îl. reprezintă timpul total t necesar pilotului pentru: a) citirea unei indicaţii Ati; b) deplasarea privirii de la un aparat la altul A-r,; c) forma1

Fig. 5. Plasarea aparatelor pe. un. taplou d,e bord modern: 1 -

gtupa de. aparate .ce indi·c'ă Viteza, nti.mărul Ma
rea modelului informaţional al procesului tm; d) identificarea procesului td. Dacă· se notează cu ki periodicitate a controlului şi cu n numărul de aparate indicatoare observate se poate scrie i(33]: n

t=

E (Ati+~-ri)ki+tm+td• i=l

Pentru a· se reduce acest timp este necesar să se micşoreze duratele llti, ~-r:;,, tm şi td precum şi numărul n de aparate ,citite. Reducerea lui Ati este condiţionată de sistemul de afişare al fiecărui aparat în parte. Micşorarea lui 'Âtt« este condiţionată ae succesiunea de citire a indicatoarelor. O ameliorare a strategiei de observare a indicatoarelor se obţine prin plasarea acestora faţă de centrul tabloului de bord la distanţe invers

25

Fig .. 6.. Tabloul de bord al avionului "Tristar" cu dispunerea în "T" a prindpalelor aparate. de bord: ceaş~rn.ic; 2 ...:_ vitezometrul . combinat .cu ma,chmetru; 3 - semnaliza tq,are de avarie; 4 ~ ia!lJ!arat di,rector, ;de pilotaj ; 5

- · ind.iC
1 toT

proporţional~ cu valoarea informaţiei furnizate. Pentru micşorarea lui t;,n este :neces~u:·" să se. afişeze informaţiile în aşa fel încît să se uşureze~ ·pro-. cesul cerebral .de formare a modelului informaţional. În acest ·scop se folosesc indicatoare combinate şi integrate care afişează cîţiva. parametri ce se găsesc în interdependenţă sau aparate care redau modelul informaţional, spre exemplu un ecran pe ~are apare modelulspaţial-temporal al avionului (silueta acestuia în mişcaie). Durata'trt .st:r reduce :prin instruirea temeinică şi antrenamentul sistematic·· al piloţilor. Pentru a se ·exemplifica modul de plasare a. indicatoarelor pe tabloul de bord, în fig. 6 şi 7 sînt prezentate două variante tipice. aplicate la

1

Fig; 7. Pr.oiect de tablou de bord (jumătatea din stinga) pentru un avion de pasageri supersonic (B-2707): 1 - 18lpa.I'ăt leu ·ecr:an ~1ectroruc de afişare penţru ;pilotaj şi comandă; 2. r- indicator de navigaţie·· cu· hartă mobilă; 3 · indioator ·
··s -

ti -

adevăl'lată; 8 .altifnetru lbaroanetric; g '-- 1vatiometru ; 10 - tenmomet!ru de aer; . 11 - selector :de regimuri rele funcţionare •Şi buton de tc,ontrol ;. 12 .....: ·buton de \regla] al luthinozităţii şi contrastului; 13 - ind:i.!Oaitor -~ greutăţilor de decol!are.

bordul unor avibane moderne ·qe pasageri de capaqitate medie şi mare. După: cum se observă, alături de indicatoarele eadrane circulare, şi-au făcut apariţia aparatele cu scară liniară. În prezent se manifestă tot mai mult tendinţa de a se trece la afişarea electronică a informaţiilor pe cîteva ecrane (în .aJb-negru _sau chiar în culori) concomitent cu reducerea

cu

27

numărului

de indicatoare, rolul acestora fiind preluat de ·dispozitivele de semnalizare optică a unor parametri ce nu trebuie controlati în mod continuu. '

CONDIŢIILE

DE FUNCŢIONARE A APARATELOR-DE BORD

ln calculul şi proiectarea aparatelor de bord .trebuie să se ţină seama condiţiile specifice în care acestea sînt folosite, mult diferite de condiţiile de utilizare ale aparatelor obişnuite. Într-adevăr pe timpul exploatării, aparatele şi celelalte agregate de la bordul aeronavelor sînt supuse actiunii unor factori climatici si mecanici care le solicită si exercită o

de

influenţă nefavorabilă asupra pr'eciziei şi fiabilităţii lor.

'

Atmosfera terestră şi proprietă.ţile ei. Esţe cunoscut faptul că atmosfera terestră este învelişul·gazos format dintr-un amestec de gaze numit aer. Masa atmosferei a fost evaluată la 52 ·1014 tone, din care jumătate este concentrată pînă la altitudinea de 6 km. Caracteristic pentru atmosferă este variaţia într-o gamă foarte largă a presiunii, temperaturii şi funidităţii ei. Componentele aerului sînt: azotul (78,090j0), oxigenul (20,95o;0), argonul (0,93D/0), bioxidul de carbon (0,030j 0) precum şi neonul,. heliul, criptonul, hidrogenul, xenonul şi .radonul în cantităţi foarte mici [140]. Aceste proporţii (în volum) se menţin pînă la altitudinea de 25 km. În afară de gazele menţionate, în atmosferă se maigăsesc cantităţi variabile de vapori de apă precum şi diverse pulberi care plutesc în aer . . Atmosfera are o anumită structură verticală. În funcţie de repartiţia verticală a temperaturii aerului în atmosferă se delimitează urm.ătoarele straturi: · 'ffhPo.sfera,. este stra~ul inferior al ~tmo~f~re~. a cărei îD;ăl~ime variaz~ cu latl tldinea Intre 8 ŞI 18 km, valorile mici fund la poh, Iar cele mal mari la ecuator. În troposferă temperatura scade în medie cu 6 ... 6,5 grade pe km. Tro:eg_p_auza sau substratosfera este stratul de tranziţie între troposferă şT stratosferă. Grosîrrrea-aeestui strat este de cîteva sute de metri, dar poate atinge 1 ... 1,5 km. Temperatura aerului este cuprinsă între -50 şi -60°C la !atitudini polare şi mijlocii şi între -70 şi -80°C la !atitudini tropicale şi ecuatoriale. Caracteristic tropopauzei este izotermia. Si.nJ,.tQ_sfera începe la limita superioară a tropopauzei şi se menţine pînă. la aitit'Uainea de circa 35 km. Caracteristic pentru stratosferă este faptul că temperatura aerului este- în general constantă pînă la 25 km înălţime, după care începe să crească mai ales deasupra !atitudinilor mijlocii. La !atitudinile mici şi mari variaţiile de temperatură în stratosferă sînt mult mai accentuate. Mezos er este stratul atmosferic cuprins de la 35~45 km pînă .la 80...,-,.1 O km înălţime şi este separat de stratosferă prin zona de tranziţie

el

28'

numită stratopauză.

In acest strat de la 30-35 km pînă la 55 km înălţime se produc creşteri accentuate ale temperaturii cu valori cuprinse între 3 şi 5°C pe km. )?este 55 km temperatura începe să scadă cu 2 . '· . 3°Cfkm atingînd la limita superioară a acesteia valoarea de -75 ... -95°C. Tern:rosfera se află deasupra mezosferei de care este separată prin mezopauză şi se extinde .pînă la înălţimi de 1 000-1 200 km. În acest strat are loc o creştere accentuată a temperaturii aerului cu· înălţimea (de la -80°C pînă la +2 000°C sau chiar 3 000°C) în prima- jumătate a stratului. În a doua jumătate .a termosferei se produce o scădere· a temperaturii aerului. Existenţa unor cantităţi enorme de particule cu sarcini electrice (ioni) care conferă acestui strat o mare conductivitate a făcut ca, în vechea clasificare, acest strat să se numească ionosferă. În termosferă şi mezosferă se produc o multitudine de fenomene, motiv pentru care cele două straturi sînt cunoscute sub denumirea comună de eterosferă.

Exosfera este ultimul din straturile atmosferei terestre fiind separat de termosferă prin termopauză. Limita superioară a exosferei se gă seşte la 3 000 km. Pe lîngă structura verticală detaliată s-a introdus o delimitare globală· a atmosferei şi anume: - omosfera strat cuprins între suprafaţa Pămîntului şi altitudinea de 100 km, caracterizat prin omogenitatea compoziţiei sale; - eterosfera se extinde deasupra omosferei pînă la 2 000 km înăl ţime şi are un caracter eterogen; - exosfera se extinde peste 2 000 km şi caracterizează aşanumita atmosferă extra.terestră.

Structura verticală a atmosferei este prezentată schematic în fig. 8. Desigur pentru aeronautică interesează primele două straturi: troposfera şi stratosfera. In schimb pentru cosmonautică prezintă interes atît restul straturilor atmosferei, cît şi întreg spaţiul interplanetar [76, 140]. Din cele arătate rezultă că temperatura variază în limite foarte largi în raport cu înălţimea. De asemenea, temperatura aerului variază în funcţie de latitudine şi de anotimp. Aparatele de bord trebuie astfel. proiectate încît să funcţioneze corect la temperaturi cuprinse între -'60°C şi +50 ... +80°C. Spre deosebire de temperatură, care are o variaţie complicată cu altitudinea, presiunea atmosferică scade monoton cu înălţimea. De asemenea, presiunea variază în funcţie de condiţiile meteorologice. Astfel, la nivelul mării, presiunea poate lua valori cuprinse între 700 mm Hg (minime barometrice) şi 800 mm Hg (maxime barometrice). ·Fenomenul de variaţie a presiunii atmosferice cu înălţimea stă la baza metodei barometrice de mă surare ·a altitudinii. Pe de altă parte însă micşorarea presiunii cu altitudinea are o influenţă nefavorabilă asupra funcţionării unor aparate de bord. Repartiţia densităţii aerului cu altitudinea este determinată de legea distribuţiei presiunii atmosferice, a temperaturii aerului, de prezenţa va-

pocilor de apă. Ecuaţia: de stare ~a gazelor .stabileşte ~eg~tura intre elementele care · determină variaţia_ densităţii aerului_ cu_ în~lţlr:nea f'l (H): = p(H) , 1";·.-

··

RT(H)

unde ~tît: .pr~sbinea p -cît. şi temperatura T sînt funcţii 'descrescătoare cu altit~diriea {pentru T afirmaţia 'este valabilă dacă H < 30 km). Se vede că

EXOSFERA

·-

-70-60--SCH.0-30-20-10 Q 10 20 30 L.O 50

100

1000

2000°C

Fig. 8. Structura.v.erticală a atmosfereL

-~ \

cei dol parametri~ p şi· T, acţionează în_ mod c1iferit asupra variaţiei lui p (H). în tot· cazul rolul principal în- forma de variaţie p (H) îl are temperatura. _ În afară de temperatura şi presiunea atmosferică, asupra aparatelor de bord au ~ influenţă noei vă şi vaporii de .apă din atmosferă, pulberile

30

Tabelul 6

Influenţa

Variaţia-

temperaturii

Scăderea presiunii atmosf~rice

a

de li'mitare influentelor: _n6civ:e_

Modificarea dimensiUnilor şi . a paratn~trilor de .materi
Se aleg materiaie cu cOefi-

înrăutăţeşte -regimul termic al maşinilor . ~lectrice _ şi

Este indicat să se ermetizeze carcasele aparatelor de bord •~i să se umple cu gaze iner. te sub :presiuni convenabile

aparatelor. 'Intensifică pro-' cesul de evaporare a uleiului de ungere a lagăre lor. Scade . tensiunea de străpungere

â

cienţi de temperatură mici. Se utilizează compensatoare de -temperatură. Unele aparate· se termostatează parţial sau total -

izolaţiei

Umiditatea ridicat<): a aerului

Accentuează coroziunea pieselor. Micşorează. rezistenţe

Acceleraţii

Modifică

liniare datorate variaţiei vitezei

Posibilităti

asupra aparatelor de~bord ...

Se utilizează materiale· inoxidabile, straturi de protecizolantilor electrici.- · Blci- · tie etc. Se recomandă încăl '-chează- piesele· mobile prln tirea unor aparate şi etmelngheţarea apei tizarea lor puziţia de echilibrare" a unor piese mobile. Creşte zona de insensibili-:: tate prin creşterea frecării în lagăre

Acceleratii liniitre de vibrâţie

. Provoacă: tezbnanta elefuen;.. telor elastice. Modificarea poziţiei de eehilipru a pieselor mobile neechilibrate

Accelera tii unghi ula re datorate mi scării de rotaţie ·

Oscilaţia echipajelor mobile

in . raport echilibru

cu

poziţia

de.

EChilibrarea perfectă a pfeselor mobile: Folosirea echipamentelor mobile cu- flotor

perfeCtă a piemobile. Amortizarea individuală şi în grup a aparatelor

'EchilibrArea selor

Creşţ~:rea

cuplului activ faţă de· cuplul de iherţie. Ameliorarea.: ·amortizării. Utilizarea compensării prin inerţie

Acceleraţii

unghhilare datorate 'libratiilor elastirce aie avionului

Oscilaţia

echipamentului mobi1 în raport cu poziţia de echilibru

Alegerea frecvenţei proprii în afara- frecvenţei ·avionului. Amelioarea amorti_zării. Folosirea filtrelor

Tabelul 6 (continuare) Petturl:>aţia

Influenţa

exterioară

asupra aparatelor de bord

1

Cimpuri ele_c~ .'trice .şi magne-ti{ce · -

Posibilităt:r·de ·umitare a influenţelor nocive

Provoacă

-

apariţia erorilor. -_Aparatele de- bord se prevăd in indicaţiile aparatelor cu ecrane electrice şi magelectrice şi electronice netice adecvate

./

r

Radiatii -electromagUetice si radioactive ·

Micsorează

sensibilitatea dispozitivelor semiconductoare. Modifică proprietă ţile fizice ale unor ·materiale -utilizate in construcţia aparatelor de bord

Se utilizează dispozitive semiconductoare de mare stabilitate, materiale insensibile - la radiatii şi ecrane protectoare ·

şi radiaţiile. Aerul umed pătrunzînd în interiorul aparatelor provoacă for-:marea de picături -de apă. Acestea se pot depune pe contactele electrice, în lagăre etc. afectînd corecta funcţionare a eţparatelor. Mai trebuie avut în vedere cîmpul magnetic (terestru sau al aeronavei) şi cîmpul electrostatic care pot exercita acţiuni perturbatoare asupra unor categorii de aparate de bord. În tabelul 6 se dau cîteva detalii privind influenţa facto.;.. rilor- perturbatori exteriori asupra aparatelor de bord. Atmosfera _standard. Dată fiind inconstanţa repartiţiei în timp şi in spaţiu. a parametrilOr atmosferei (presiune, temperatură, umiditate, densitate), o comisie internaţională de aviaţie a propus definirea unei atmosfere convenţionale numită atmosferă_ standard la care se raportează toate qatele obţinute în diferite d_omenii de activitate. / Atmosfera standard este definită prin următoarele caracteristici: · ,/· ~-·_ are o compoziţie omogenă cu înălţimea; . 1 V:, ~ aerul este perfect uscat; / / - la nivelul mijlociu al mărilor şi oceanelor temperatura T0 are valoarea de l5°C (288 K); - temperatura variază liniar cu înălţimea pînă la altitudinea de 11 km după legea: T=T0--rH,

unde .-r ..este gradientul de temperatură- (-r=6,5°/km); - peste 11 km (nu mai mult de 35 km) temperatura se consideră _constantă egală cu -56,50C; ~ presiunea atmosferică la nivelul mijlociu al mărilor şi oceanelor este de 760mm Hg, sau 10 332 kgf/m 2, sau 1 013,2 mbar, iar greutatea unui metru cub de aer este de 1,226 daN; -·densitatea (masa specifică) la nivelul mării este egală cu 1,225 kg/m3 ; -viteza sunetului 'la H=:O în conditiile atmosferei standard are va..:. loarea a=340,24 mfs=1 225 km/oră. · Valorile parametrîlor atmosferei standard în funcţie de altitudine sînt date în tabelul 7.

32

H,_,

Variaţia

T,K

parametrilor atmosferei· standard -cu

,. p,mffiHg

P-.

kgfml

Â=P/Po

înălţimea

a, m/s

v, m 2/s

1

Tabelul7

1

g,

m/s 2

-2

301,19

958,50

1,4781

1,2066

347,90

1,2528·10-5

9,81281

-1

294,67

854,52

1,3469

1,0995

344,11

J,3517

9,80973

o

288,15

760,00

1,2250

1,0000

340,28

1,4607

9,80665

1

281,65

674,12

1,1117

9,0751

336,43

1,5812

9,80357

2

275,14

596,28

1,0066

8,2171

332,52

1,7146

9,80049

3

268,64

525,98

9,0941 . 10-l 7,4237

328,56

1,8624

9,79742

4

262,13

462,46

8,1942

6,6891

324,56

2,0271

9,79435

5

255,63

405,37

7,3654

6,0125

320,51

2,21p3

9,79128

6

249,13

354,13

6,6022

5,3895

316,41

.2,4153

9,78820

7

242,63

308,26

5,9010

4,8171

312,25

2,6452

9,78514

8

236,14

267,38

5,2591

4,2931

308,05

2,9030

9,78207

9

229,64

230,95

4,6712

3,8132

303,78

3,1942

9,77900

10

223,15

198,70

4,1357

3,3761

299,45

3,5232

9,77594

11

216,66

170,19

3,6485

2,9784

295,07

3,8966 ·10-5

9,77287

12

216,66

145,44

3,1180

2,5453

295,07

4,5595

9,76981

13

216,66

124,30

2,6648

2,1753

295,07

5,3351

9,76675

14

216,66

106,24

2,2776

1,8593

295,07

6,2420

9,76369

15

216,66

9.Q,810

'1,9467

1,5891. · .

295,07

7,3029

9,76063

16

216,66

'77,616

1,6640

1,3584

295,07

8,5437

9,75758

17

216,66

66,350

1,4224

1,1611

295,07

9,9952

9,75452

18

216,66

56;719

1,2159

9,9257

295,07

1,1692 ·10- 4

9,75146

·'

1'

19

216,66

48;489

1,0395

8,4857

295,07

1,3676

9,74842

20

216,66

41,455

8,8870

7,2547

295,0T

1,5997

9,74537

25

216,66

18,9j8

4,0621

3,3160

295,07

3,4998

9,73014

30

230,35

8,8767

1,7901·10-2

1,4613

304,25

8,3565

9,71494

35

244,01

4,3522

8,2842 ·10- 3

'6,7626

313,14

1,8929 ·10-3

9,69978

40

257,66

2,2191

4,0003

3,2656

321,78

4,0956

9,68466

3 - Aparate de bord

.··

33

H,knfj··.

'T;K

50

~74,00

60

·253,40

70

~19,15

'80

"·

..

.· l

;~-· mmHg ~

'

··- p;kgfm11

1

271,28.

45

1

185,00·

1;1732

-

.-

·~

A=P/Po

v, m 2/s

a, mis

1 .

g, mfs2

2,0086

1,6397

330,17

8;4977

1,0754 ·10-3

8,7788

331,82

1,5997 ·10-2

9,65452

3,3162 ·10- 4

2,7071

319,11

4,8749·10-2

9,62452

4,3761-.10-2 9,2747 ·10--5

7,5712

296,76

1,5475 ·10...:....1

9,59466 9,56494 9;53536

6,3441

.ro-

1

'1:8092

3

8,3564·10-

2,0979 ·10-5

1,7126

272,66

5,9202 ·10-1

2,8354 ·.

272,66

. 3,5759 ·10-2

9,66957

i

90

f185,00

1,3834 ·10--'3

3,4733·10-6

100

209,22

2,4310 ·10-4

5,3393 ·10-7

4,4075 .

9,50591

332,24

1,9165 .1o-s

2,6586 ·10-8

2,1703

9,44741

76_8,00

5~53·94 . 10....6

3,2766·10-9

2,674R

9,38948

120 140·; 160

1;155,3

2,85tJ8

1,1081·10-9

9,0457

9,33205

180

1193,2

1,6872

6,2332 ·10-10

5,0883

9;27400

200

1,226,8

1,0226

3,6109

2,9477

9,21750

250

1'3()2,8

3,2604.10- 7 1,0270

8,3835

9,07850

300

1=358,0

2,7364

9,94270

·1,1956 ·10-'--'7 3,3521·10_:11

Pentru măsurarea presiunii atmosferice s-au adoptat :mai multe unicum urmează:

tăţi după

1 barye=.l dynă/ctn 2 =1,01972·10- 6 {kgfjcm 2 ]; 1 bar=l M barye...:...._J,Ol972 '[kgf/cm 2 ]; 1 mbar-1 000 barye=l,01972 ·l0-3 {kgf/cm 2 ].

ooc

Presiunea atmosferică normală la nivelul mării şi .la temperatura· de rezultă din greutatea coloanei de mercur lungă de 760 mm.: P=i76 ·15,39 · 980,62 barye=l 013,25 mbar~

De obicei aparatele pentru măsurarea presiunii atmosferice sînt gradate în mm :coloana de mercur, cunitate care în amintirea lui Torricelli S-:-a nuii).it torr, <;leei: 760

:r:nm Hg=-760

torr=l 013,25 mbar.

Se mai ppate scrie: 1 mbar 100 N/m 2 _:_;0,75 mm Hg; l atm-~,033 at=1,Q33 kgf/cm 2_=i760 mm ~g.

34

./ /'

~

~Influenta: acţiunilor mecanice asupra aparatelor de_~ Precizi~__şi fiabilitatea aparatelor de bord scad nu numai sub influenta facţgrilor cli--matfcl,Cl"Şi dalorîtă unor sot1cifărFmecaiiice-:-Acesfe solicitări sinr:cau=: zate de forţele de Inerţie care apar pe tiinpuT mişcării accelerate- a avio- ~ nuhii. Iniportan-te- solic-itări--_ mecanic-e sînt- pr_o,duse şi de- v-ibraţiile structurii pe care se montează aparatele la bord. In funcţie de- ~auzele care le provoacă, acceleraţiile ce apar pe timpul zborului pot fi, grupate după cum urmează: ~-_Acceleraţii liniare care apar din cauza variaţiei vectorului viteză de zbor ca mărime şi ca orientare. Valorile limită a 1 ale acceleraţiilor depind de tipul avionului. La avioanele pilotate aceste valori sînt limitate de factori fiziologiei, precum şi de rezistenţa structurii aeronavelor. În cazul avioanelor grele se admit suprasarcini nz=az/9 pînă la valoarea 4, iar în cazul avioanelor supersonice militare se admite nz-!10. Aparatele de zbor nepilotate admit suprasarcini mult mai mari (de ordinul zecilor). ;'15.. Acceleraţii liniare care sînt produse de vibraţia structurii de rezisrenţa a aeronavei din cauza sistemului de propulsie sau acţiunii forţelor aerodinamice. Oscilaţiile forţate la care sînt supuse aparatele de bord pot fi descrise cu ajutorul unei funcţii periodice de timp f(t) care se reprezintă printr..;.o serie trigonometrică de forma:

[>< f(t)~Bo+ t; (Ak sin kwt+Bk cos kwt), c:o

1

care reprezintă dezvoltarea funcţiei f(t) nesinusoidală în serie Fourier, deci în componente armonice. Dacă se scrie A~--!_~ ş-i Bk=ak cos ~-k-~e obţine: c:o

[IZ. f(t) . B + &,_ 0

.

ak

cos (kwt-q>k),

de unde prin dublă derivare_ rezultă acceleraţia:

Se observă că amplitudinea acceleraţiei datorată vibraţiei porţională cu pătratul pulsaţiei şi cu amplitudinea.

este pro-

rit. Acceleraţii unghiulare datorate manevrării aeronavei şi oscilaţii lo~' acesteia în raport cu vectorul viteză din cauza caracterului turbulent al atm·osferei şi a unor imperfecţiuni ale comenzilor aeronavei. Valoarea acestor acceleraţii diferă în funcţie de tipul de avion, iar amplitudinea lor poate fi de ordinul zecilor de radiani pe secundă la pătrat.

p(d.

Acceleraţii unghiulare provocate de oscilaţiile ce apar din cauza

deformării

elastice a aripilor şi f1,1selajului. Ele au de regulă un caracter sinusoidal cu frecvenţa de cîţiva herţi în cazul avioanelor grele şi de cî3*

35

teva mii de herţi la avioanele uşoaref iar amplitudinea este de ordinul zecilor. de radiani pe •secundă, la. pătr:at. În general aparatele de bord sînt supuse simultan la cele patru tipuri de acceleraţii. De aceea la proiectare trebuie cavut în vedere coeficientul de, suprasarcină rezultant nr=na+nh+nc+nd. Evident'aparatul se calculează la o suprasarcină admisibilă nad'> nr. Pentru ·diminuarea influentei-- actiunilor mecanice se iau măsuri de amortizare a aparatelor de bord şi d~ echilibrare precisă a· pieselor mo- · bile din :construcţia- acestora. -

1 ELEMENTELE COMPONENTE ALE APARATELOR DE BORD

.. Construcţia aparatelor ·de bord s-a Alături de unele aparate purmecanke

diversificat mult în ultimii ani. care se utilizează şi în prezent, şi-au făcut aparţţia instrumente de co':nstrucţie complexă care includ atît componente mecanice cît şi componente electrice şi._ electronice. In cadrul acestui capitol se prezintă succint elementele componente tipice pentru. construcţia ·aparatelor de bord.

l.L COMPONENTELE MECANţCE

ALE APARATELOR DE BORD /(cel mai frecvent întîlnite în ~strucţia aparatelor de bord sînt ur-

mătoarele componente mecanice: ~elementele sensibile elastice (arcu-

rile m~_,o_ m_· etrice_--.-, b. ·.·_l,l.rdu_f_ur.•ile, m ____ em_ .bra_-nele_, capsu~_e.le_-~s· ar_cprile _b_l_·_meta_lice); (ID/mecanisme~ de transmisie. şi multiplicare;- . . · "dispozitivele de ghidare .. a mişcării; W. amortizoarele. Amănuntele' pri Ind stabilirea formelor de calcul şi proiectarea acestor componente se găsesc în literatura de specialitate [18, 39, 58].

1.1.1. Elemente sensibile elastice Elementele 'sensibile elastice fac parte din categoria mai largă a arcurilor adică a elementelor pentru acumularea energiei şi asamblarea elastică. Arcurile se_~?:ractedzează p~iJ:!__defQJ::m.atii el9$till~mari_~~-~~)n

fll!enţa ~nei -~g!l!~A..~~~re _(forţă; ~P-l!Jt§L:Qg:~_,___g~~-~~Il:~~r:-~~--ac~s~ revn1Ta forma In1t1ală. m·'cazul· elementelor sensibile elastice actiunea exterioarae.ste·-~n.--!'Iu1d.- sub presiune. ·

teia

37'

In calcule~interesează forţa F dezvoltată de .elementul elastic, să geata (deform.aţ1a elastica) t;::seiîSibilitate-a ..S=f/Y S?~.~ S J/p si rigiditatea C, care este InVersa sensibilităţii. De asemenea interesează aşa-numita ~ctertstică a elementuluz elashc adică de_gend,_~q__g~:Jor!Jlat!~iJRJJ.lnc ţie de mărimea. de Intrare (pr~Iunea_L_for_ţ~, cu~!ult_}n tabelul 1.1 sînt prezentate principalele tipuri de arcuri utilizate în construcţia aparatelor de bord şi caracteristicile lor statice.

tâ\ Arcurile -manometrice numite si tuburi Bourdon sînt tuburi cu perefr'~ubţiri care pot aveaformă de ~re de cerc (fig. 1.1, a), formă spirală

sau elicoidală, prima fiind cea mai răspîndită. De regulă o extremitate A a tubului se fixează rigid de corpul aparatului, iar cealaltă extremitate O este liberă. Forma secţiunii tubului (fig. 1.1, b) nu trebuie să fiei circulară. Numai în acest caz sub acţiunea presiunii interioare Tabelul 1.1

Caracteristicile statice ale unor arcuri

TiPUl . arcului

/

•..

Mărimea

Reprezentare

de intrare

_:;;chematică

Elicoidal cilindric

F ·,_

Caracteristica.-· R' ·ct·t t statică Igi I a ea

Gd 2

· Cr.=-=:.g[}:tri

-F~=Ci<

;·;

~--· --.--.··.~t;/ ·~ •. _-. f .

elastki-'

. . p·

tate·

b __._ lăţirrtea

lamei; h -grosimea Iamei; l --lungimea arcului plan; L · - lungimea arcului spiral

Arc spiral ..

de torsiurie

38

cx.· c,.

\.__,

G - ·modulul de' elasticitate transversal·· D ...,- clia:netrul · mediu; d - diametru! sîrmei E - modulde ·

Ar_cplan· .-.. .·-. • (lal1le.lar) · · - ... .

Bară

Notatii

J

1tGd4 C=-r 32 l

d -

diamet~ul

barei; -lungimea barei ·

apare un moment încovoietor în secţiune care tinde să îndrepte tubul. În consecinţă capătul liber al tubului se deplasează spre exterior cu să geata f -(fig. 1.1, a). ,J>rin --calcul se urmăreşte să se stabil-ească dependenţa dintresăgeataf_şi presiunea p a fluidului introdus în tub. În acest scop se consideră că grosimea pereţilor tubului h este în relaţia h < b cu

Fig. 1.1. Arc manometric circular (tub Bourdon): a -

parametrii arcului; b -

forme de

secţiuni.

-

' '

semiaxa rmca a secţiunii, şi că h«R, respectiv- b<
Â. · --.- ;

a'

m 1 ~"{-sin "'{ ; m 2c..:-.y~cos y; m 3 .:._ ')'--sin î' cos î';

------... 1

X=--

-

---~

~~----._

-sh2 z+sin 2 z . .

.

z chZ · shz+sin z cos z

;

--------~---

(1.1)

Valorile coefţcienţilor .cx, ~ şi E în funcţie de raportul ajb sînt date în tabelul 1.3 pentru cele două secţiuni mai frecvent utilizate. Mări mea Il din formule reprezintă coeficientul lui· Poisson care pentru metale ia valorile 0,2 .. : 0,4. Unghiul cp dintre săgeata f şi componenta ei ft se calculează

cu· formula: ·

1-cos y

tg cp= . . . - • y smy

11

(1.2)

~ Burdufurile numite şi silfoane' sînt tuburi cilindrice prevăzute cu gofraje transversale pe suprafaţa laterală. Se caracterizează printr-o 39

Relaţii

Parametrii

Secţiunea eliptică

!

'l

1-f-1.2

_y·

R2

Secţiune plan-ovală

-...._,

--·-·-

/~

fly

Tabelul 1.2

pentru calculul tuburilor Bourdon

(

bh.

1

bz )~

-~ -~·p

'!>y--)

m R--ft ~~

/

/ fr

;

•

1-x •p h/12 b2 +x.

fly m 2R y

~fly

bh

m 1R -

·.=-:J' 1

_/

R2

E

fly y

.

1

\_

1-f-1.2.

y - 2-2 ml+m2

flvy .R_---!... m~+mi

f

Ry·

Ft

b ) -,_f • m1 • p 48 ab ( 1- --a 2 ţ+:A 4m1 -ma

Fr

f - . --2 m •p 48 ab (_1- -b 2 ) -_ _ a ţ+:A ma

·y

2

2

V aloril~

mi ·p 4m1 -ma

8 ab(1-x)

mz 8 ab(1-x.) - · p ma Tabelul 1.3

coefici~nţilor ot, _ţ> şi ţ c

a

b IX

1

()

.,

-

'

s~cţiune plană

Secţiune eliptică

;·

!)

IX 1

1

.;

1,5

0,636

0,062

0,662

0,594

0,110

0,713

2

0,566

0,053

0,584

0,548

0,115

0,652

3

0,493

0,045

0,499

0,480

0,121

0,591

4

0,452

0,044

0,459

0,437

0,121 ~

0,552

5

0,430

0,043

0,439

0,408

0,121

0,521

i3

0,416

0,042

0,429

0,388

0,121

0,504

7

0,406

0,042

. 0,423

0,372

0,120

0,488

8

0,400

0,042

0,416

0,360

0,119

0,476

1

40

(

•

mare sensibilitate şi prin liniaritatea caracteristicii statice. Deformaţia silfonului sub acţiunea presiunii se culege pe direcţia axială. Forma generală a silfonului se poate vedea în fig. 1.2. Forţa axială F dezvoltată de silfon este ,F=pAet~ iar Aet=1tR! , unde Rm=(Di+De)/2. Săgeata f a sHfonului supus la presiunea p se cal· culează cu formula: (l;J)

unde h este grosimea pereţilor silfonu1ui; )... =

3 (1-[J. 2)

1'

4

k=

~:;

2

[

k -1 _ 4(lnk) k2 k 2 -1

h 3 _c_.

2 ]..

(l.4)

,

~~ (t +;,) .. (1.5)

iar ho este grosimea silfonului la partea aproximativ egală· cu grosimea semifabrica tul ui.

interioară

De

/.''"\

, ' c. Membranele si capsulele ondula te. . ""~ mm raspindlfe .1~n construcţ1"a

F"1g.

. . B urd u f 12

go f ra t

(SI"Ifon ) .

aparatelor de bord, sînt membranele si capsulele ondulate. Membranele ondulat~ sînt prevăzute cu gofreuri cir·culare concentric~ şi cu o zonă centrală, de regulă rigidizată. Cînd acestea se întrebuinţează singure se încastrează pe contur, formîndu-se o cavitate în care se introdtlce fluidul a cărui.presiune'se măsoară. Memhraru?~ orululate an ur~arele . avantaje= prezintă. 'săgeţi n1ari fără să apară deformaţii remanente; pot avea caracteristici aproape liniare; oferă.. posibilitatea de . . a schimba caracteristica prin variaţia înălţimii gofreurilor. In raport cu membranele plane, rar utiliz.ate în. aparatele de bord, acestea au o tehnologie de fabricaţie mult mâi dificilă. Din punctul de vedere ·al formei ofreurilor se deosebesc membrane cu ondulaţii sin,usoidale, circu are, trapezoidale şi ascuţite. Pentru a se obţine o săgeată mai mare, se realizează aşa-numitele capsule din două membrane identice,:prin lipire pe:contur. În fig. J.3 se disting: a) capsule ma~ deschise) la care mediul.a cărui presiune se măsoara se introduce în interior .(de fapt se măsoară diferenţa p-p 0 dintre presiunea p din interior şi presiunea p 0 din exterior); b) capsule an~roidL (sau închise) la care în interior se realizează o "vidare" (pînă la 0,3 ... Q,l mm Hg), deci se măsoară presiunea Po din exterior. Săgeţi mai mari se obţin prin întrebuinţarea bateriilor de 2-3 capsule înseriate (fig. 1.3, c). Dacă W 0 este deplasarea centrului rigid al unei membrane (săgeata) şi k aumărul de capsule, deplasarea totală_ Wt a centrului bateriei de capsule ~=

-

(1.6)

41

Dacă este necesar să se modifice rigiditatea elementului -elastic pentru un anumit domeniu al -presiunii de măsurat, se pot combina capsulele cu membranele "în derivaţie". Cît timp pp1 capsula ia contact cu membrana de'rigidizare, schim-. bîndu-se alura caracteristicii W(p). -

o

rng:x} - f-4

p•O

b 1

Fig. 1.3. Tipuri de capsule: a -

capsulă manometrică; b -

capsulă

aneroidâ; c -

baterii. de capsule.

Ecuaţia caracteristicii p(Wv) a unei membrane ondulate are forma:

pR_4=A( Wo )- +B( Wo)a,-- • Eh 4

h

·

-

(1.7)

- h

în care 3-j-t ]·· (m-[J.) · (m+3) '

(1.8)

(1.9} unde kb k2, -_·_]t1 sînt coeficienţi de anizotropie precizaţi în tab~lul lA, care sînt egali cu unitatea la membranele plane. Suprafaţa efectivă Aet a unei membrane avînd raza exterioară R şi raza centrului rigid r este: 2

r \

2 ),

.2:..____ (R +Rr+r -Aet= --3 _ iar forţa dezvoltată de se_ calculează cu relaţia

membrană

evidentă:

pe

dir-;~xială datorată

(1.10}

presiunii p (1.11)

42

T:{tbelul 1.4

Retaţil ··de calcul a · coeficienţilor de allizotropie pentru membranele ondulate Forma profilului

k1

k"

Trapezoidală

H 2 1 -2a ) l 6a ( JzZ cosllo+

l

H 2 1 -2a -

2a

+ ____

+ (1- 2za)cos6o+2ld

1 -"--

z_+~

cos 6o

l

)

-Ji!-· ( - z_+6.a' dcos 60.

l

'

a)

1 2 a· + ( 1 -2 l- --+cos 6 l 3

0

Ascuţită

1 ·-.COS~o

Sinusoidală

H

2

N cos Bo

+-._1_ cos2 60

cu'înclinare

mică

1

Pentru calcule mai precise se are în vedere, printre altele, modul de fixare al conturul~l _membran~i. Pentru amănu.nte. se reeoma11dă consultarea litel'atuţii d~'spedalitât~ '{18;· 39~ 58]. Estec'de menţionat că forma şi dimensiunile ondulaţiilor se·· aleg·· astfel-in.cit-siLse -~obţină J;;9I'et;trristka ___ . W 0 (p} de· forma dorită, ţinînd seama că uneori se impune liniarizarea ecuaţiei scării aparatului- nu în raporrctr~rrea;--ctiirrap'"Ort'1!trpanr=~ metruÎ~ffiă.surat prin InfermeallirpreSiuniL·=·"'ESfe-căZuT~a1tifffetfetor·-"Şt-a-l Vitez'ometrelor unde caracteristica'""'W;;Tp) trebui-e să aibă <'J astfel de nelin.iaritate încît ecuaţiile scării a.(H) sau a.(V) să rezulte liniare. <...-.'""'\..>-"·-,

, tjl.)AŢc1:lri bimetalice. Elementele elastice obţinute prin ~udar:a sau - lip1f:ea a;·aotia~Eare executate din ,materiale cu coeficieiitîde oîlatare 'diferitE:se .· nurnesc .Ul czii riJtm:efâlrce:. Bara .SiTn'"-materiai ~ coencrenr1le tei!!E~~ai~-~se..:nt,~:l::iteŞte elemem~pasîv sau inet t, im ceal&ftă cu coef1cieîit â:e lemperat~măre . element activ. PriiîJn:cat::·· zi"re, ·aatorită"tenClinţei= a:ecrrrata:re .cnrema,. remn~c-O'~tmre--spre stratul

'cu

43

-J1asiv. iar la rac1re curbarea se i.ac_e_.s.pre_b_ara~ac.tiyă~"~ D]ltorită_~ a~esţei propr~~tăti arcurile b}"~~ a~ ~o~:ebuinţare Jargă" În ~paratele-şri:n stalaţul~ de bor~~UG.toare.p-entm_.1!Ja~"ITTI!~.:şrreglc:rre-· autowata~.Eţ- tem_p~rt_ţg~ib ~îţ~ şL~i:!.dişppzjtiy d~"~Q~pensct~~ a Tnfhtfinţeî~tem :Re.taturlL Se utllîzează- -bimetale de formă lamelara -(plană)-,-- Circutară, spirală, elicoidală sau combinaţii între acestea.

~-----· ~ !,

o

~

Fig. 1.4. Arcuri bimetalice: a -

liber încastrat; b -

eu pivot.

Calculul urmăreşte să stabilească relaţii pentru deformarea (săgeata) liber al arcului, celălalt capă.t considerîndu-se încastrat._Pentru arcul bimetal lamel~r:jf.i&_ 1.4, a) săgeata fM. calculează cu formula: ~""""~""---'"--="·-~--'"""'"·'~ ~~. --~---~~:~·~=:~:~~-;_ _..r-~----'"'~~~4,_,..._ .....-.-.,--:~;~ ---.,.~=~"""''"''~=-~-'-"--·-"

capătului --

-

___ _

•

-"3

f=-2

[2

[2

2h

2

(cx 1-cx 2 ) - b.T=k-,

1 ___)

·

(1.12)

unde b.T=.T-T0 , T 0 fiind temperatura la care arcul nu este deformat. Dacă îl2Ş! .. ~1fJ;Ul_ bJrn~aliG~-se.incovoaie ..nu.. numai da toPită .încălzirii, ci şi stlbacţiunea unui pivot_mobiL~fig... ~.l.4;-b}-atuncLîncovoierea~:rezult~~]:

~-

-~

(1.13)

în care primul termen reprezintă încovoierea produsă de forţa de pivot. În cazul arcului spiral plan unghitJ,l ele Jleformaţie este [58]: "'-..u..., _ _,.,_~•<

'

aplicată

.~·- ••·.-".o-~~' • -- ·:"' -- ----~---~--".·~..,.-

. ~9

ÎutDmn=kl,_'?

(1.14)

unde prin Dm s-a notat diametrul mediu al arcului, cu n numărul de spire, iar cu l - lungimea arcului. Dacă se are în ye~un arc elicoidal cu diametru! exterior D rezultă [58]: 1 •

~~

_.....,_~~~.~-·.-.--~;;;--AA~

-

. • ..._.,..-~,~~·"'-~,.-.,.,.""':--_"'--~r~-;--·--·"'

,.;---~

. __ -,_-

~9=kl=k7tDn.

Toate relaţiile de calcul menţionate sînt deduse în ipoteza că lăţi- · mea arcului este mică. În tabelul 1.5 sînt precizate cîteva date privind materialele folosite în construcţia bimetalelor. Dintre neajunsurile acestui element se menţionează inerţia lui termică mare, din care cauză nu dă rezultate bune în cazul proceselor termice cu variaţie rapidă.

44

Tabelul 1.5

Cupluri de aliaje folosite în arcuri bimetal Compoziţie

\

Diferenţa

Materialele cuplului

Elementele

Pasiv Invar Activ· Oţel crom nichel Pasivlnvar Activ

Oţel

molibden nichel

Ni+Co Fe Ni+Co . Cr Fe

35 ... 37 restul 18 .•. 20 10 ... 12 restul

Ni+Co Fe Mo Fe

35 ... 37 restul 26,5. -. . 28 . 3,5 ... 6,5 restul

Ni+Co Fe Ni+Co Cr Fe

41. .. 43 restul 20,5 ... 21,5 2,5 ... 3,5 restul

~i+Co

Pasiv Oţel

aliat Activ

Cantitate%

1-.1.2. Mecanisme de. transmisie In

construcţia

Modulul de elasticitate E, daN/mm2

(a 1 -a2)XI0-6

(valoare medie, lfC)

Limitele temperaturii de lucru şi temperatura maximă admisă,

oc

15 050 20 400 ... · 24 000

18

15000

18

-60 ... +200 225

-60 ... +120 18 920 --2{) 96(f

şi

225

16-590 13,5 20 400 ... 24000

-·

-60 ... +375 400

multiplicare

aparatelor de bord mecanice

şi electromec~ice

se uti;... multiplicaefectuarea unor operaţii de calcul simple. Avînd în· vedere vitezele şi eforturile mici. la care funcţionează, în. cele ce urmează- inJeresează .doar relaţiile cinematice, adică .dependenţa mărimii .de ieşire rx în l!- · .âe-ma:fîjjfea de Intrare J. sau •.• respectiv raportul d~_ ransm1s1 t= _ lizează· mecanisme relatiy simple care permit transformarea, rea şi transmiterea mişcării. Unele mecanisme asigură chiar

w,

~ _M~eanismul bielă-manivelă este folosit în majoritatea aparatelor

cu membrana ŞI capsulă":- După cum se vede din fig~ 1.5 rolul de a transforma mişcarea de translatie (săgeata W a cents..!lhtî rigid-~ciiliiYk.tDlLillJşcare·de··.,.ott~:ţie~·a· am.1nTive1ei:-cârculînClproiecţiile pe direcţia săgeţii fse.c)oţi~--,~----~---· -····---~--de

Ebrd

luuşJe

w =C-a sin (rx-rx0 ).:__Vb 2 -[a cos (~X0 -:-oc)-;f] 2 ,

(1.15)

notaţiile folosite fiind reprezentate înfig.l.5. .

. Se pot distinge cîteva cazuri partipulare cum ar fi d=O sau cx 0 =0 etc. De asemenea dacă W<
zată aproximativă.:

(1.16)

45

b

i:b----------~----

Fig. 1.5. Mecanism

bielă-mani

Fig. 1.6. Patrulater articulat.

velă.

Mecanismul examinat reprezintă· un element- amplificator-~ neHniar, neliniaritatea lui folosindu-se ·uneori~· pentru a compensa neliniaritatea altor componente ale aparatelor de bord.

rJ.;r) Patrulaterul articulat, are ,; schema;; cinematică reprezentată în fl0J..6. După cum se vede, atît mărimea de intrare ~ cît şi mărimea ieşire• cx sînt unghiuri. ·De aceea mecanismul acesta a!'e Tblul de transmitere Şi multipUear~ a ll"lişcării de rOt
ae

-,.:V

leos ((X.+ cx 0) c-a cos (13 0--~) b2 -,+:-{a sin (~ 0 - ~) -l sin (IXo + oc) ]2, ~-~~-::---.- .-------··-·-------.-----~--~----·-'"'"'~~~-~---,o-"-~---~---·-""----.

~ (1.1 7)

care repre?intă. o depel).denţă neliniară între cele două unghiuri. . Rezol: varea funcţiei F( cx, {3) în raport cu mărimea de ieşire cx este dificilă. Se pot menţiona. cîteva cazurf, partieulare pentru. care se obţin relaţii de calcul aproximative,..-mai simple. Spre exemplu, dacă b=c şi a, J << b; c, iar cx0 ==i~·0 . l'It/2 se abţine: ~ cx "'arcsin (7~_si~~~J'

' (1.18)

sau, dacă unghiurile sîni mici tezultă ~

.·. ·_ . a

·a~-~-

__ l.~

(1.19)

r-j-- {!)Mecanisme de sinus şi de tangentă. Din categoria in:ecairlsmelor

cu camă

46

fac parte aşa-numit~le mecanisme de sinus şi de tangentă.

\

·.

.

t}/'2@ ~ecanismul

de sinus este prezentat în fig.l.7, a

şi are

h\~transforma miscarea de translatie W în miscare de rotatie ti~le din fig. ·1.7.,

\

arezultă relaţia: .

..

rt.

rolul de Cu nota-

.

W -rl[sin cx 0-sin (cx 0---
(1.20)

b Fig. 1.7 .. Mecanisme: a - de sinus; b -_de

:tpng~ntă.

Î.ti particular dacă Q(0 ....:....o, ceeaJce înseamnă c=O se obţine:

--···-------

.

Sln ceea ce

justifică

w• r /

(1.21)

cx~-

.

denumirea de mecanism de sinus.

r~:;>JYJ_ecanismul de tangentă prezentatîn fig. 1.7, b are acelaşi rol ca

şi mecanismul de sinus. Cu .notaţul~ din figură se obţine relaţia:

· W=c-rtg (ex 0-cx)-T[tg cx 0-tg (0( 0-cx)]. În particular dacă Q(o=O, rezultă c ,0 şi deci: formulă ce justifică

tg a.i::=!.Wfr, denumirea de mecanism de

,?<(). Mc:canismul cu

(1.22) (1.23)

tangentă.

manivelă si culisă. Dacă aparatele de bord trebuie }n .l~.. cln~matic t1l ~Ef!~~tyluJse_ intrqduce

să _aibă o .scară atenuata~

u:q. ,fl?.~~f:l1JlStn---cu_-1fţanr-r ela;..:••=x;a:titiio ca celpreg~~~tatJn fig~ 1.8.~ Atît mă~ rimea de--intrare ~:cît si măr"'ffieâde

:-.c~:

. ieştre i sîrif~iiriglih.td~-ROlul-meca nismulut este de variaţi~ niară a lui cx în raport cu ~- Cu notaţiile din figură se obţine: · ·

!ao

·tgcx·=___ ' _ sinf3. ' •

(1.24)

r co~~c

. Fig. 1.8. Mecanismul cu

-

·culisă.

de tinde rezultă raportul de tr.~nsmitere:

\~

1-c cos [3/r

· dcx )

__ 91~/ -

1-

2

~ co~ ~+( ~ r

·

r

)2·

_(1.25)

41

Pentru ~=0, î=l/(1-cfr)unde cfr
rc/2 rezultă i=J;11+(c/r)2J,

~® MJ1Sani.smul dublu tangential . .În construcţia vi tezometrelor se întîlneste un mecanism de introducere a corectiei de înăltime avînd schema cine~atică din fig. 1.9._ Legătura cinematică 'dintre tijă' şi pinion se men-

Fig. 1.9. Mecanism dublu

tangenţial.

ţine cu ajutorul unor arcuri elicoidale. Pinionul se poate deplasa faţă de poziţia centrală pe distanţa x spre elementul condus. Se obţine următoa rea relaţie aproximativă:

-

A+x

~-tg ~ 0 ),

(1.26)

x) (tg ~~tg ~0).

(1.27)

tg
sau,

dacă

(xfA)2«1,

~

tg a.-tg
.0, iar_
-
<

...

2 A-

x_)~·

(1.28)

~-(J{) Mecanismul cu roti dinţate.~Dintre elementele de transmitere directYa mişcării, alături . de· roţile cu fricţiune 'se utilizează şi angrenajele cu roţi dinţate de toate tipurile. Caracteristic pentru construcţia aparatela rd cu elemente elastice este angrenajul ro~urdinţat şi roată dinţată cu Iame ru -, r \ · _ -_ • : " _ . _ or _ _ · _ :'ti11!;"ăl S~(!JQf1llu1. Se oi>ţiiie~·asttet un= raport de-n ansnîitere~~~- s, ~!oarfe'mare; Dantura angre'llâterOr folosite I:tf.ă]:>a:fâteie~ae-lJord~ es e volventă. Pentru detalii de calcul se recomandă literatura de specialitate [58J. ' r;

.· . '

.

-~}-;L3~ Elemente pentru ghidarea mişcării · - Dih gru~ elementelor pentru ghidarea mişcării ~ a ghidajelor fac parte elementele care au rolul să asigure mişcarea relativă (de rotaţie sau de translaţie) a două piese într-o arJ.umită direcţie rJ.Umită cale de ghidare . . _ După natura mişcării pe- care o asigură şi după forma suprafeţelor în contact ghidajele pot fi:· a) de rotaţie -·cu suprafeţe cilindrice, sferice, conice şi b) de translaţie, cu suprafeţe plane sau- cilindrice. În func-

1

k.

,

ţie

de natura frecării dintre partea mobilă şi cea fixă a aparatelor, lagă rele cu elemente de ghidare pot fi: a) cu frecare de alunecare; b) cu frecare de rostogolire; c) cu suspensie elastică; d) cu frecare vis:ooasă; e) cu suspensie electrostatică şi f) cu suspensie ele,ctromagnetică (v. fig .. l.lO). Erin caracteri ti unui lagă1~ ·se .înţelege dependenţa momentului de frecare în funcţie de greutatea,.· orma şi dimensiunile lui geometrice. Mai trebuie avute în vedere .suprasarcinile, vibraţiile şi alţi factori. Lagărele de centrare {fig. 1.10, a) reprezintă o variantă a lagărelor· conike. Eje se întrebuinţează pentru arborii cu diametre şi turaţii mici, caz frecvent In-tîlnrt în construcţia apatatelor de bord .ŞI asig~g:~:C>:~~nk~~~J~a"f~ c!sa (p1na la 2 ţtrn):-Arliorele poa.teTuncţîona în orice poziţie: orizontală, -verncală sau înclinată. Cuplul .de frecare depinde de gradul de strîngere, dar este oricum inferior cuplului din lagărele cilindrice. Acesteghidaje se pot folosi numai în aparatele de bord cu cuplul activ mare. ~

,---

1

1 1 1

..

<::::!

--1-C"\,j 1 ......

1 1 1

L__ _ 3

q

b

c

d

.. e.

cFig; 1.10. Tipuri -de lagăre utilizate în construcţia aparatelor· de bord: 1 - fir de torsiUne; 2 - cadru. mobil; 3 - jet de. fluid; 4 - axă -.CU rotor; .5 ~ carcasă; 6 ~ :rotoa:-,;' >7. ;.... . el~ozi de sus tentaţie electxostat}Că; 8 - .. carcasă sferică; · 9 - rotor sferic; 10, 11·-· bobine pentru sustentaţie magnetică.

Cîn~f se i1npune o precizie superioară se utilizează lagărele din piacare se execută în mai multe variante. Calculul acestor lagăre constă în determinarea momentului de frecare dat de relaţia: tră,

(1.29)

unde IJ..este c.oe.fieientul de frecare~- Q -.:::.:.:: sarcina pe lagăr, iar. Rt de contactîntr.e·fu_s şi lagăr. Pentru detalii d~ calcul al ghidajelor se recomandă [58, 84]. 4 - Aparate de bord

raza

49

1

1.1.4 .. Elemente ·amortizoare Pentru a elinrina oscilaţiile. echipame!!_ţelor IJlObile ale ~aratelor se anwrtizoare. Forţele, respectiv cuplurile dezvoltate de. amortizoare sînt propor'ţ1onale cu viteza liniară, respectiv de rotaţie a echipamentului mobil. Caracteristica statică a unui amorti..:.. zor cu mişcare de translaţie a echipamentului mob1f este de forma:· utilizează~itive___nJ.lmite

~-

f

-----..:.___

(~ i~rtizorului

cu

mişcare

Fa={@j

(1.30)

de rotaţie:

-;-----:------.1 _i. .Ma=M(

(1.31)

(!) ),

mărimi

care se

consideră

pozitive

._______

dacă

se opun

mişcării .

Tabelul 1.6

Caracteristicile statice ale unor amortizoare Tipul 1 amortizorului

Reprezentare

Mărimea

schematică

de intrare

Caracteristica

Notaţii

statică

coeficient de viscozitate cinemati că; d, l - diametru! şi 7td2 lungimea ka==---; capilarului; xi+x2 D, L, A - diametru!, lungimea şi 1t d4 x----· aria pistonut - 128 fJ.l ' lui; A. - 2 sau 5 dacă 1tDA.83 pistonul este x~---2- 24fJ.L coaxial sau necoaxial cu Qilindrul f.L -

V

Cu piston

(viteză liniară)

D, L Cu miscare de rotaţie

Megnetoinductiv

50

(viteză de rotaţie)

k = 1tEJ.DL a

8 -

48

6)·

(viteză de rotaţie)

diametru!

şi

1ungitnea

6)

K B 2p

k a =P-

p

:

rotorului; jocul radial intre rotor şi cilindru

K -

coeficient\ dependent de-~ dimensiuni; \

B -

inducţia magnetică

in· intrefier; P ....,-. n. umă_r_ul perechi· ·lor .. de poli; ' P, - rezistivitatea discului rotitor

d~

Panta caracteristicii statice ,a unui amortizor reprezintă coeficientul arnOrttzate şi~~xpFitnă cu relaţi_ile~~--~~~._..,...-=-·-------~~----~--- -~---..,..,--~-

li=~;J J.= ~3

(1.32)

De regulă amortizoarele l}tilizate în_ constructia aparatelor de bord au caracteris~i staticeliiiiare' de forma:· ·· · ~~~~~r-~----~

-l!'~~~?5aV;: -.~~::==](~~· _.. ~)

(1.33)

Din punct de vedere constructiv există mai multe tipuri de amorti~ zoare, atît mecanice (pneumatice cu piston sau cu .Paletă, hidraulice) cit şi electromagnetice. În tabelul 1.6 'SÎnt- prezentate principalele· tipuri constructive de amortizoare precum şi paracteristicile lor statice.

COMPONENTE

ELECTRI:CE ŞI ELECTRONICE

ALE APARATELOR DE BORD;

-

.

Majoritatea aparatelor de bord cuprind diferite tipuri de componente electrice cum sînt: traductoareler jnstrnri'!.~Qţ:W,e..._.~L~.sch~m~l~ c:Je. măsu rar~, sisţ~In~e d.~"c trruJsmisie.Ja. 4is.tantă_,c_s~l:l~_m~Jg_ ţie c~gmpensare' etc: În -~bună parte aparatele de :~pord sînt histrumente de măsurare- pe ·cale electrică (sau electronică) a măr'imilor neelectrice. Domeniul acesta fiind foarte vast, în cele ce urmează vor fi prezentate_ succint componentele cele mai frecvent întîlnite în contrucţia .aparatelor de bord..

1.2.1. Traductoare

şi convertua~e,.electrice.

Co}lVert~r.~~ sîht

dispozitive. :CP.fe int~oause în lanţul de m·ăsurare fizice astfel încît procesul de măsurare să fie ~posibil. ,T;raductorul este tot t1n conver.t()r, dar e plasat în general la intrarea, instalaţiei de măsurare sau de automatizare, După natura mă rimii de ieşire se disting traductoare generatoare (sau energetice) şi traductoare .parametrice (mpdulatoare _sau pasive). Din. pr;ima gr~pă fac parte traductoarele care, sub acţiunea mărimii de. intrare Xh generează un semnal de ieşire electric Xe (tensiune, sarcină electrică etc.). Este cazul termocuplurilor, traductoarelor f?Îezoelectrice. etc. Din cea. de a doua grupe) fac ~_c:trt~ .trq.du~,care-sub acţiunea semnalului de intrare. îşi modifl~, Uil. parametru oarecare de circuţt: rezistenţa, inductivitatea, capacitatea,~au mărimile de care acestea depif1d. Aparatel-e ·care conţin ase-:menea traductoare este necesar să,Jie alimentate el~ctric de la ocsursă exterioară, din care cauză se. mai num~sc şi traductoare pasiv.e. În fig. Lll asigur~ c
4*

51

·sînt date metodele· de conversie a mărimilor neelectrice. în mărimi electrice {94]. După forma semnalului (electric) obţinnt se deosebesc: a) traductoare analogice, la care semnalul produs variază continuu cu mărimea de intrare şi b) traductoare numerice, la care semnalul de ieşire variază discontinuu după un anumit cod. CONVEI?JIA HA/?1#/L0/1 ilfELECTRICE IN MAR//11 (LECTI?ICE

tforimi idlltlenjqk_ -rez;s/enlo

-condtKfÎit;lr;ltrJ

-;xrml'IJoikloleo

-;Jţrmiliwtuteo ·

-rezt:stenfo - imlvdoiJ!o .:wfX1cili/eu

11onwlti Av/Qil7(J/O li.· . 'l.J:I. J .J. rtor;meo 117!1/Je/Jtoro

-cvrentv/ ·

-li'!lsivneo

-sord!lo

. . Fig. 1.11. Clasificarea metodelor de conversie a neelectrice iri· mărimi electrice.

mărimilor

După numărul de transformări efectuate şi modul· de interconectare se pot distinge: a) traductoare directe (simple) care realizează o singură conversie şi b) traductoare complexe (compuse) care înglobează mai multe tipuri de elemente de măsurare, rezultînd traductoare diferenţiale, succesive, cu compensare etc. Cu ajutorul. traductoarelor .electromecanice · este posibilă convertirea multor mărimi mecanice: deplasări, nivele, viteze şi acceleraţii ale pieselor în mişcare, deformaţii etc. Prin folosirea unor dispozitive mecanice suplimentare (elementele sensibile), pot fi convertite şi alte mărimi fizice: presiuni, debite, telnperaturi etc. Traduc'toarele şi convertoarele mai frecvent utilizate în construcţia aparatelor de bord sînt cele de tip rezistiv, inductiv şi capacitiv.

() 1.2.1.1 Traductoare rezistive. Traductoarele rezistive sîn:t: reostatice, tensometrice, de contact, electrolitice si magrietorezistive..

r-f/S/ Traâ:ţtctoare

rezistive reo~tatice (p?tenţiometrice). Exis~ă o rn~re varietate a traductoarelor reostatlce. Functionarea lor se bazeaza pe variatia rezistentei conectate în circuit în fun~tie de mărimea de intrare care este o deplasare X sau o rotaţie ~- Ele pot fi- cu variaţie continuă sau în trepte, liniare , sau neliniare, bobihate sau din materiale semiconductoare etc. în fig. 1.12 sînt prezentate principalele scheme de conec--

52

bilă continuu sau în trepte~ În tabelul 1.8 sînt prezentate trei tipuri de potenţiometre inelare care prin modul cum sînt montate permit să se obţină la ieşire caracteristici statice Ue(«) de formă triunghiulară, trapezoi~ dală etc. Pentru deta[ii de ca:lcul se recomandă lucrările. [2, 127].

-

X

)( ~:

'

X

R

11

1

X

Fig~ a

.3

~ .GU s-ecţiune

(

1.13.

0 ~-J

2

1 1

X.

Potenţi~uncţionale:

oontil)UU. variabilă; b -

cu variaţie în cosinus.

trea,p.tă;

c

~ potenţiome1iru

de sinus

şi

Caracteris~cil~ potenţiometrelor inelare sc11ema de conexiune 1

.

Forma caracteristicii

ue

Tabelul 1.8

Observaţii

(a)

r 0 =rp/4; K 0 =U/90;

·~ Î

Ji

ri=2cx(l-o:)r 0 ; IX

0'.= ---: ~1

90

·(~~,--~_· O(

V

-

.

,.

(~

.

.. .

-

.

r0 =rp/4; ri=2~(1-:--;:)r0 ; IX-IXo O:=

-

90°-IXo

r v este trului

; ct 0 ~cx~90;

rezistenţa potenţiome..;

55

_rrb) Traductoarele tensornetrice se bazează pe variaţia ll.R a rezisten~ tei\?ectrice -R a unor rezistoare numite mărci tensometrice la deforma• tiile elastice ale acestora conform relaţiei:

(lAO)

c/..Q Traductoarele

cu rezistenţă de contact sînt rezistoare a căror reRe variază cu forţa sau presiunea de apăsare (sau de .întindere) ca urmare a modificării numărului de puncte de contact dintre elementele ce le compun conform relaţiei: : zistenţă

(1.41)

Re. Ro+k/F=.Ro+ko/ll.l,

unde R 0 e~te rezistenţa elementelor' de• contact, k şi k 0 - coeficienţi .conF - forţa de apăsare, iar ll.Z - deformaţia axială a rezistoru1ui. Pentru exemplificare se menţionează coloana din pastile de cărbune, a cărei rez:istenţă scade cu forţa de apăsare axială pe coloană. Aceste tipuri de traductoare se pot utiliza în construcţia aparatelor pentru măsurarea forţelor, cuplur.ilor, acceleraţiilor, vibraţiilor_ etc. Au o arie mai restrînsă de aplicare în aparatele de bord. stanţi,

(cf) Traductoarele electr-olitice funcţionează pe principiul variaţiei rezist'etl'ţei electrolitului dintre 'âoi sau .m~i-mulţi 'electrozi datorată deplasării lor relative sau-a deplasării electrolitului. În fig. 1.14 sînt :prezenX

(J

o---

c

d

c

X

e

Fig. 1.14. Tipuri de traductoare el~ctrolitice: cu distanţă v:ariabilă; b - ' cu suprafaţă varilabilă; c - cu variaţia eleetrolitului; d - cu· trei elootrozi şi mişcare de translaţie x; e - cu trei electrozi şi mişcare de rotaţie oc.

a -

tate cîteva tipuri de traductoare .electrolitice. Rezistenţa traductorului se poate exprima sub f9rma:(i.42)

56

unde y este conductivitatea, A - aria electrodului, dl- distanţa elemen..tară dintre electrozi, iar G - conductivitatea "geometrică":· Dacă _l<<.V~ se obţine G~AJl (v. şi tabelul 1.10). Pentru a se evita descompunerea electrolitului şi polarizarea electrozilor, acest tip de traductoare se utilizează numai în curent alternativ. Efectul capacitiv se manifestă în. acest ·caz printr-un defazaj de 2 ... 5°. Mai trebuie avut· în vedere si efectul de frecare vîscoasă la miscarea electrozilor în· electrolit. De a~emenea retine atentia valoarea mare ~ coeficientului de temperatură al electrolitului (0,016 ... 0,024). Din acest motiv se recomandă folosirea numai a traductoarelor electrolitice diferenţiale.

;>tJ) Traductoarele piezorezistive se bazează pe fenomenul de variaţie metalice sau semiconductoare în funcţie de

rezistenţei unor rezistoare variaţia ll.p de presiune:

a

R=R0 (1 + a.vll.p), unde

llv

este coeficientul de

variaţie

a

rezistenţeicu

(1.43)

presiunea.

Traductoarele termorezistive au la bază legea de variaţie a rezis..cu temperatura. Se aplică în construcţia· termometrelor de aviaţie. Problemele acestor traductoare vor fi dezvoltate la cap. termometre.

;/: {jl

tenţei

Y::rfi. Traductoarele fotorezistive (cu fotoemisie şi cu fotoconducţie) îşi motiilică rezistenta electrică sub actiunea luminii. Au o arie restrînsă de aplicaţie în aviaţi~. ' y.(}t. Traductoarele magnetorezistive se bazează pe efectul de variaţie_ a rezistenţei ohmice a unor materiale în funcţie de intensitatea cîmpului j magnetic în care se găsesc. La deplasarea unor conductoare din aceste materiale într-un cîmp magnetic neomogen, valoarea rezistenţei lor depinde de poziţia ocupată. În. consecinţă, unei deplasări îi corespunde o variaţie de rezistenţă a cărei valoare ·depinde de gradientul•:CÎJ.llplllui magne'tic. Spre; exemplu in)!mitele }l'lior distan-ţe l==1 mm, uneor'i rezu:tă gradiE~nţi tl~ ordinul 1 Ts/inm; ceea ce permite să se obţină .traductoare cu sensibilitatea de 5 Qjmm, rezistenţa proprie fiind de 10 Q.

y (1.2.1.2 .. Traductoare inductive. Funcţionarea traductoarelor inductive se. bg?.=ga.z_g~_Y..gx!_g,ţia Jt1d1!.C!Antel ..dtş.Qgzllivmu.Lsub"ac:ţiunea-m~i de Jnţ!:~_asare,~!~~ Inductivitatea unei ?obine wc~ N spire cu miez de fier fara dispersie, avînd Rm reluctanţa echivalenta In raport cu latura bobinată, are expresia (1.44) unde A este permeanţa circuitului magnetic. Dacă se are în vedere că un traductor inductiv este în fond o bobină cu miez de fier, corespunzător pierderilor în fier Pte se defineşte o corn-

57

··'~· .. T ..

ponentă reactivă

rU.lbi

Xm a reluctanţei care împreună cu ·reluctanţa·Rm.t a fie.,. a întrefierurilor permite să se definească o "impedanţă" magZm astfel [2]: -

şi

netică

Rma

L=

N2

(1.45)

Zm

, Din această relaţie se constată că inductivitatea traductoarelor poate fi variată acţionînd asupra mărimilor N~ Rm;J, Rma şi Xm · prin parametrii de care ace~tea depind: zi - R - - a.' - · X . .- ·. - -p Je (1.46) R·t-· -- · , m, m:z·, m- · 2

- . .E

E.

(J)

f1 0 Ao

f.!iAi

unde oo. este pulsaţia, iar fluxul magnetic total. . Metoda de comutare a numărului N de spire pentru variaţia inductanţei ·este puţin răspîndifă. Există mai multe tipu.ri de traductoare inductive, după cum urmează: · . 1~ traductoare inductive. simple formate din circuit Inagnetic fix cu bdbină şi o armătură mobilă (fig. 1.15, a, b);, j - traductoare inductivediferenţiale compuse din două' circuite mag:.. nJlice ,prevăzute fiecare cu cîte o bobină şi o armătură mobilă comună (fig~ 1.15,.c}_;_~ ·.·

. _. . _ ·.. _. . y .. • •. . . , •. • • ·.· · ~ trad·actoare dîferenţia:Le. _ţie tip ,Jr:ir.hsfor1n(JţQr_ . a· ·eăi·or funcţiorilr~ este determinată de variaţîa ·flu.Xulul'de·cuplare ·a.intre două grupe de bobine ale traductorului obţinută prin deplasarea armăturţj~ mobile. Pe· fenotnent:!J de inducţie electromagnetică se bazează următoarele tipuri de traductoare: · _ -~ .... _: · . -"_ . . ·. - traductoarele ferOdz mice: funcţionează pe principiul induceriî unei t ..e.m~ într-un cadru m. bll plasat'într:-un cîrrip h1C1gneti~ alternativ, în cazul rotirii cadrului faţă de axa neutră; · · · ·

·~ J

.

'

:C[{~: o

c

b Fig. 1.15: Tipuri de traductoare inductive:

a -

CU Vllriaţia întrefie!rului; b -

CU variaţi.a [suprafeţei;

C. -

'trlatdUidtO•r inductiV difei..

renţial.

~· traductoarele de inducţie: se·· bazează pe inducerea unei t.e.rn. într-o "bobină (sau. într-un disc) în cazul deplasării acesteia în cîmpul mag.:netic al unui magnet permanent. În tabelul 1.9 sînt prezentate prindpalele, forme constructiv~ ale traductoarelor inductive~ . . Pentru .calculul reluctanţelor corespunzătoare 1>8

~ariante

,,,, .

Tipul .tradu(!torului

Nr.

crt.

1

1

Tabelul 1.9

de traduct9are ind11ctive Deplasarea

Schema

armăturii,

constructivă

Observaţii

mm

1

Cu miezul în formă de ;n;

0,01 ... 5

2

Cu miezul cu trei coloane

0,01. .. 5

3

Cu supra.:.

0,5 ..• 15

faţaîntre

·fieruhii

variabilă

4

Diferenţia!

cumiezud informă

de

1

5

!1('

~n~

0,01. .. 5

~UM ",____

D,iferenţial ~,

0,01 ... 5

·cu rrtiezu- ~ · rile cu trei coloane

0,1 ... 15

Cilindric

7

CHin dric

Se execută din materiale masive (aliaj annco)

0,01 ... 5

·"

1

8

Solenbidal '

3 ... 100 Pentru cres-

9

SOJenoidal

3 ... 50

terea sensibilităţii solenoizii sînt prevăzuţi

cu circuit ·magnetic de formă cilindrică

10

Cl1 disc profilat

o ... 360

6

'

Se QOate obtine orice formă a caracteristicii L=f(rJ.)

59

TabeluL 1.10

Forme tipice de eledrozi

Ne. cct.,

Fonna

geometcică

şi

piese polare

Relatii de calcul pentru· parametrul G

Observaţii

1 1

1

~l@J'

G=

ab

~pentru

1

ab

G= -

~

b - dimen-

8 ~a, S~b

+A 2 (a+b)+6A~

1

siune perpendiculară pe planul figurii

1

2

--3

--4

JOEfJ ~ ~o~

1

ab

G= ~ +A 1 (a+b)+SA~

1

1 1 1

ab

G= 3.+aA1 + bA2 + SA 1 A 2

Curbele Ah2=f(8)

sînt date în fig. 1.16;

1

1

G= bA 1 + SA 1A 2

5

6

ab G= -

+

cb o+nc/2

~

7

8

b - dimen-

siune perpendiculară pe planul figurii

9

G= -2nr - m- ( -m- -xsinrx ) 10

x

cos rx

sin rx

R+r Tm=-2-

60

l-

,

Tabelul 1.10 (continu?re)

::;: 1 Forma geometrică

Relaţii

de calcul pentru parametrul G

Observaţii

1

8

m+-In

11

tcrcx

~

·

+x-m

]

x+-tgcx

m G= -nr-( -.--xsin

12

x cos cx sm cx

r:1. )

diverselor forme ale intrefierului se pot aplica formulele menţionate în tabelul 1.10 şi curbele A=.f(o) din fig:;.J.16. Dacă forma întrefierului este mai complicată, se aplică metode grafice de calcul. Dacă circuitul mag-~ netic este nesaturat, contează nu· mai reluctanţa între~ierului 'Rma. A ln caz contrar se are în vedere si 3 reluctanţa fierului Rmt· Traducto~rele cu circuit magnetic masiv precum şi toate traductoarele care fu.rictionează la frecventă .ridicată reclamă, con$iderş,pea . . componentei reactive a r~Iuctanţei Xm . . Calculul forţelor. ce acţionea ză aşupra armăturii ..· mobile se face cu ajutorul teoremei forţelor generalizate adică:· F= (

oo:

)= :x (L;2 )=

_. 1~ . .oL +·LI ai ! . 2 · ox · at ·

(1.47)

Cîteva variante constructive de traductoare de tip transformator sînt prezentate în tabelul 1.11. Una din bobine este alimentată în c.a.~ iar cealaltă furnizează sem- n Olt 08 12 l6 2.0 b.cm nalul de ieşire prin inducţie elec- Fig. 1.16. Curbele A=f(8) pentru calcufromag}:letică. Cuplajul magnetic lui traduotoarelor indu:ctive. între bobine variază în functie de pozitia armătur,ii comune. In felul acesta tensiunea de ieşire este ~uncţie de deplasarea armăturii, care este mărimea de intrare. Tensiunea indusă în bobina de ieşire este: . U 6 =4,44 N f iJ> (1.48}

61

Tabelul 1.11

Traductoare inductive de tip transformator Tipul traduc.,._ torului

1

1-

Formule de calcul

Schema

Cu miez în formă de ;n; G,..,

-

-

2

Difereriţial

3

Diferenţial

A

N2

• UeM=- U1=kU1; N1

28 '

Z 1 =6.>L-~ w~N~G

-

cu

armătura bobinată

4

Cu deplasarea longitudi-' nală- a -ar-" măţurii ,-

s1::;..S-bx;.s2 =S+bx;R 0 =B 0/S 0 ;

8 1 R1==Ro+ - = - ; AI Gl 8 1 R 2 =R0 + - = - · A2

5

62

---

Cu armătura rbtitoare

G2

· Tabelul 1.11 (Continuare) Nr.

-~

crt. .·:

6

»

•

Tipul.

Formule de calcul

Schema

c ttaductorului

Solenoidal N2 = U - - M2 ;

NI (M 1 şi M 2 sînt inductivitătile mutuale determinate cale grafoanali tică)

pe

7

(J)N

Cu cadru

Ue=

(bobină)

rbtitor

y;f c; v=BAc sin~;

Ac-

suprafaţa

oo -

viteza de rotatie a cadrului; '

B -

inducţia magnetică

cadrului;

unde €ste fluxul prin bobina secundară a traductorului.c Relq.ţiile de calcul concrete sînt date în tabelul 1.12. Primel(3 două. trad:uctoare din ta.belfuncţionează pe principiul ·rediştribulrH ie,B:siunil~r şi U 2 la bobina secundară ·îri ·funcţie de de, plasare-a arniaţurii. Următoarele trei tpad uctoare funcţionează pe principiul redistribuirii fluxurilor magn~tice ID 1 şi <1> 2 • Ultimul traduetor din t~bel este de tip ferodinamic.

tii

f.

J o a -"'

,

-.

b

c ~

-'

Fig. 1.17. Tipuri de tradu.ctoare magnetoelastice. diferenţtal;

b ·_;_ diferenţ,ial ·de tip transformator;

Traductoareie · magnetoelastice

funcţionează

c ---'

simplu.

pe ·principiul variaţiei

permeabilităţii magnetice a corpurilor feromagnetice sub acţiunea deformaţiilor elastice. Este vorba cie efectul magnetoelastic.saumagnetostrictiv in,vers, căci există :şi .fenomenul magnetostrictiv direct care constă în modificarea .dimensi,unilor unui corp feromagnetic sub acţiunea unui' cîmp magn.etic exterior. De regulă aceste traductoare se compun din una sau

63

---------

-

--

mai multe bobine şi un circuit magnetic închis care se deformează sub unor factori externi (forţe sau deplasări}. Reluctanţa magnetică Rm=l/IJ.A variază dacă sub acţiunea mărimii de intrare se modifică mărimea Il· Proprietăţile magnetoelastice ale materialelor sînt caracterizate prin sensibilităţiie relative:-

acţiunea

S= Dof!/fL sau S= D.!J./v. , D.lfl

(1.49)

a

unde /J.ljl este alungirea relativă, iar a - tensiunea mecankă din material, ambele producînd variaţii LliJ. a lui Il· În fig. 1.17 sînt prezentate trei tipuri de traductoare magnetoelastice. Au o arie restrînsă de aplicaţie la bord. cf-1:-2.1.3. Traductoare capacitive. Funcţionarea traductoarelor capacitrve de deplasări (rotaţii) şi de forţe (cupluri) se bazează pe transformarea acestor mărimi de intrare în variaţia capacităţii unor condensatoare. Întrucît capacitatea unui condensator este funcţie de forma armăturilor şi de permitivitatea e a dielectricului adică:

C=:eG=~e ~~

: ,

(1.50)

.

~~

unde mărimea G se calculează cu formulele din tabelul 1.10, rezultă că se, obţine o variaţie a capacităţii dacă se modifică a) geometria condensatoruluF(mărimile A şi l); b) natura dielectricului (mărimea e) şi c) starea de deforniaţie mecanică·a dielectricului existent. Se deosebesc traductoare capacitive ~i'Tfl,ple, şi traductoare eapacitive diferenţiale. In tabelul 1.12 sînt prezentate principalele tipurî de traductoare capacitive, cum şi unele relaţii de calcul. Distanţa dintre electrozi trebuie astfel aleaşă încît să ',nu se depăş~ască tensiunea de străpungere care pentru aer este de 10 kVjmm. Forţele (cuplurile) ce acţionează asupra armăturilor se calculează cu teorema forţelor generalizate: F-

aw = ax

.!_

ax

(CU 2

U ac. 2

2 )

_

u =const.

2

ax

(1.51)

Traductoarele capacitive sînt mult utilizate la bord în special la litrometrelor. Problemele specifice acestor utilizări vor fi prezentate în capitolul referitor la măsurarea cantităţii de comoustibil. construcţia

_L 1.2.1.4. Traductoarele generatoare cele mai frecvent utilizate sînt preze'fitate în tabelul 1.13. Cîteva dintre ele sînt aplicate direct în construcţia unor aparate de bord aşa cum este cazul tahometrelor, termometrelor, manometrelor etc. De aceea se va reveni 'cu amănunte în capitolele respective. Cele arătate cu privire la traductoare, nu epuizează acest domeniu în continuă dezvoltare~ Au fost mentionate doar acele traductoare care au o aplicaţie directă·. sau care au tang~nţă cu măsurările de mă:rimi neelectrice la bordulaeronavelor [50, 94]. 64

(,

Tabelul 1.12

Traductoare (8pacitive de Tipul traductorului

Cu

Schema

distanţă

variabilă

deplasare.~~

Relaţii

-tt

tre armături

Diferentia! cu distanţă variabilă între armături

suprafaţă variabilă a armăturilor

cu suprafaţa

~

1

Lfll! ·-

eA C=-

l~-~ 1-1-.ţ

eA C=-

variabilă

Cu dielectric variabil

Niv.elmetru cap aci tiv

"rY

~

C,"

. . . .-

"ct.

~

~

:li ffitg

<:

~

d'

'~f" c~

Deplasarea sub 1 mm

.· ~ .

.

.. A

+ cb

Idem

-~

~

b C= - [e 0 H+ ~

+h(e::-::eo)]

A=ui:f

Dielectricul se deplaseazăîntre

electrozi

h

b C=- [e 0 H+ ~

x=O ... lmm

X=O ... lmm

... . .

e:A C=-

c,

Observatii

el~

e:A C=-·-·

Cu

Diferenţia!

forţă

Caracteristica C(X)

de calcul

J(

în-

·de

.

+h(c:-eo)l

c~

(

Permiti vi tate a dielectricul ui variabilă datorită deformaţiei sale

_.j;

A=bH

h

'~ ~

5 - Aparate de bord

65

Tabelul 1.13

Traductoare generatOare utilizate în: aparatele ,de bord -"Mărimea

de

ieşire-

1-• Tensiune

Mărimea

SC...llema

Relaţii.

de intrare

construGt_:ivă

de calcul

de n

Viteză

electrică

"-~------\ '\.-- -- j

rotaţie,

yL....VJ

~--

Doinenili de utilizare Turaţii-

(2UO· ... 3 000

U'=k en

jl/

rot/rriin)

j,,

de

Viteză

2: i c'J'en!:!iJ.llleelectrică

translaţie,-

v Vibratiile

if=illV;

(2 .... Î0 4 Hz) · (10-2 ••• 10 V);

U~kV;

Debite (0.1 ..• 50 l/s)

V=kQ

3 Tensiune termoelec. tromotoare

Teiiiperătură

-

LlT=T-T0

... 4

Tensiune piezoelectrică (sarcină eledrică Q)

5 Tertsitin€ fotoelectrică

o

.

Flux luminos

presiuni în regim dinamic:

Forţe şi

(presiune) F

Forţă-

~·)u

.-.

·Q=kF

ifmin===_ __; _

.

1 ... 10 Hz: fmax=lOO Hz

~mi ----- ~ - 1

Fotoelemente

I=k

T

6 Curenti turbionari (cuplu activ) 7 Tensiune U

sau frec.,.

venţa

f

~JP

n

Viteză

de

rotaţie

n

~~-

Turatii de

{sau

{fi

66-

rot/min

n F=

~

~f2Dfuf

20 . .': 1U 4

Ma=kn

Tura ţii 102 ... 104

60

rot/min

F=p!!); -60

p=nurriăn-ll dinţi

de

1.2.2. Aparate indicatoare şi elemente de prelucrare a· semnalelor analogice 1.2.2.1. Aparatele de măsurat şi instalaţiile de măsurare analogică. Au în~omponenţa lor dispozitive de măsurat (asigură mişcarea sistemului mobil), €lemente de prelucrare a semnalelor, traductoare, elemente de referinţă şi elemente au~iliare. ·În construcţia aparatelor de bord îşi pot găsi aplicarea .aproape toate. tipurile de. dispozitive. de măsurat: .niagnetoelectrice, electromagnetice, feromagnetice, electrodinamice, de inducţie, termice, electrostatice, cu vibraţii etc. . În afară de aparatele la care cuplul antagonist este produs pe cale mecanică (cu resort), în. construcţia aparatelor de bord se utilizează aşa numitele logometre la;cilre cuplul antagonist :este produs cu ajutorul unui cadru suplimentar. Se deosebesc logmnet.Pe~rnagn~toelectrice, electrodinamice etc. Din categoria ·elementelor auxiliare ale dispozitivelor de măsuraf.fac parte: elementele· de~ suspensia sistemului (echipamentului) mobil, ~le mentele de. producerea cuplului antagollist, _dispozitivul de citire (afişare) a informaţiei măsurate, dispozitivul de amodizare şi elementele de echilibrare. · ~ rl.2.2.2. Ecuaţia de mişcare a sistemului mobil. Majoritatea aparateIor .. au-sis.letxl.ruO:gil,cY mJşc.ared~.rotaţie. Ecuaţia de mişcare a acestuia se obţine din condiţia de echilibru dinamic al tuturor cuplurilor ce, acţio nează asupra axului de rotaţie adică:

. (1.52)

Întrucît cuplurile Mk au aceeaşi direcţie, ecuaţia vectorială ~e reduce la o sumă algebrică în care. ~ntervin cuplurile: . M =f(x)c:p( cx) _este clipţ11l ~ctîv :În care f(x) este o funcţie ,oarecare de mărimea de intrare X, iar cp(cx) -'"o dependenţă oarecare de ,cx sau chiar o constantă; Mi=-J ;;_ este cuplul forţelor ··de inerţie unde J este momentul ele inerţie··al

sistemului mobil în raport ~u·axa lui de rotaţie; Ma=-A~ este cuplul forţelor de amortizare, unde A este cuplul de amortizare specific; · M=-Dr:x este cuplul antagonist mecanic unde D este cuplul antagonist specific sau, M=---:.,f(Xo}
67

C\

; \

)

Tabelul 1.14 Răspunsul

Excitaţia

1, Cu!)llll activ

Ecuaţia

de

mişcare 1

aparatelor de

măsurat

SolUţia. !n

permanent

t''

la

excitaţii

regim:

Caracterul

Observaţii

mişcării

tranzitoriu

1

1

[

1'•

a= a p 1~.

,-<
V- X 1-~2

xsin(Cil+~>]; ro= roo

J~+Ad+Da= sau ~+2t:roo~+ M=Kl

+ro

2• u

K a= - ·I· J '

;

amortizată (sub~ritic)

Vt-

t:<1

K a··=-d P

[

D

x

A W2=DfJ· t:=-= 2'/DJ. 1}

2

oscilatorie

~2. 8 = arctg - ·-~- ,

=Kl;

Treaptă

y:t- ~

1

.,...,.",

1----

~=a

P

..jţ2-1

'

xsh(rot+8')];

1

· aperioditcă supra-

!

amortizată

vt:z-1 t:>1; 8'=argth -~a= a p [1-(1+ ro0t)e-rool];

t:=l M1 =I1 11' 1(a) M2=12<~'2(a)

j~+A~+ + cp2(oc)I 2 = cp 1(oc)I 1

a

'P

=f {

2) 12

amortizată

critic

se aplică în cazul logometrelor magneto-

Relaţiile

·~.:laattd.a&..."··~~...~

.

~ ~·~

\

1

_<

-!-

M=Ki: i=lMX

.r~·-r·A~+D(J.. = =lM sin (c.ot+ );

(J..=(J../{cX

sau ~+2 ~c.ooO:+

+
IM

3

X sin(c.ot+} Sinusoi-

+wGcx= ---- X J

X sin (c.ot+ q>)

1

dală

~e=e-~wto X X

Xsin(c.ot+

cx ::.;=e-~wot X eJ

· ~c=klM/D;

X

Ă.=c.o/roo;

tg tP= - -2 1-A Mt=ft(r:t.)IMX Xsin(c.o.t+ 1); M2=f2(r:t.)IMX xsin{c.ot+ q> 2) In impulsuri

Ja+Act+M2 ~M 1

Jd~+ArÎ+DrX=Ki

xsin (kwt+ k)

2

i=IMsin c.ot

1

y(1-"A2)2+ )2A~)2

critic

tegrare se aplică în cazul logometrelor electrodinamice şi ferodinamice

I 2cos cp 2

CXp=-

D K

i

Aparate magnetoelectrice cu redresor:_ Wo~ ro,

=

A.~1:::.

valori medii Aparate electromagnetice, electrodinamice etc. in c.a.:w 0 ~ c.o, "A~1:::. aparate pentru valori efective

J~+Ad+Dr:t.= =f1(r:t.)X 1-cos2c.ut XIM· :ţ

X

r:t.v=I2fl( r:t.)

Xp=Xc-xcKxx

Oscilatorie la rezonanţă

Xc=FM/2Kx

X cos(2 wt-tP)

K= X

1

sau

2 , ~+2~c.u 0 ;+c.u~x=

=

V<1-4"A2)2+(2/.~)2

wo=..jmfJ;

FM

~

=

amortizată

D

=FMX 1-- cos2c.ut

1:.0

constante de in-

zată

=-Io

m~'+k ax+kx= - e

F=FM sin 2 wt

B, C -

suptaamorti-

-rlcos~l)2 .--.

i:I.'P=:j

K .......

M =f 1(r:t.)i 2

= e-wot (B +Ci)

!{~=

Relaţiile

M=Ki i=10 +EIMkX

(B shc.ui c.ut+C chUlt) Cie

2/.~

subamortizată

(B sin c.ut+C cos c.ut)

=-x m X0,5(1-cos 2wt).

~= kef2V kem

''

1

Substituindu-se aceste cupluri. în (1.52) se obţine ecuaţia generală de a sistemului mobil în cazul aparatelor cu cuplu antagonist· mecariic·. (1.53) J~+A~+D
~-----.:......·~·--~-~--..--

respectiv ~ecuaţia

generală

de

mişcare

în

-~------L

-

cazullo~ometrelor:

l~±4~,±1~L~±M_t:: f,{~)
(1.54)

De cele mai multe ori se consideră Mt=O, iar cuplul activ este de forma Ma-KX aşa încît ecuaţia (1.53) se scrie sub forma:

~~;;_±~~+D
(1.55)

rezultă:

. J;_ + A~+f(Xo){f-z(.a) =f(X)

. (1.56) .

Soluţia ecuaţiei (1.55) depinde de caracterul variaţiei în. timp a mă- . rimii de măsurat X şi de forma cuplului activ (respectiv antagonist) în care apare funcţia f(X) respectiv f(X 0). Considerînd ca excitaţie cuplul activ M (şicel antagonist în cazullogornetrelor) se deosebesc următoarei~ tipuri de excitaţii: excitaţie treaptă: M=Kl=const; excitaţie ~inusoidală: M=Kl/2I sin (wt+ q>); excitaţie impuls:·M=Ki(t).t:lt. Răspunsul se obţine rezolvînd ecuaţiile diferenţiale de forma (1.55) sau (1.56), soluţiile ce se obţin pentru cazurile. ~ai imp
·'11

70

~~~~----..,...._--.."..--.......,.~~~-~-·-~~-----------...........,.~~C'77~·~.'-;;;;;~;;;;:..;~... ~-~lii"·~~"~;;. :l:r~,;~==· -~*··------~~~1·

,,,pl

Tabelul 1.15

-circUite realizate .cu amplificatoare

operaţionale

S-chema

Relaţii

de calcul

-.n-<=::::h llat"l---'"'C:::::H

Sumator

-

U/.3

o-""C::::r":':'""1

Substractor cu rezistentă mare · de intrare

Uo=

Integra tor

H

" f

.• ·.

-

M.· + . . ····.·._.. ·.· ..

.

Logaritmic

(U 2-Ut)

Uo=- -

1 -- -~ U 1 dt

RC ..

>"~-~-'·.··.• . ·.·/1 .... Deriva tor

(l+ ~:)

dU 1 U 0 =-RC -.-.dt

tir.

ul

U 0 =-mVpln-Rls

Convertor tensiune-curent

i=

Convertor curenttensiune

U 0 ::::::RI

71

1

Tabelul 1.15 (continuare) Tipul circuitului·

Schema

Relaţii

de calcul

a) Filtru activ trecejos

b) Filtru activ trecesus

1(

11---~- - - - -JdB

c) Filtru activ trece bandă

1

1

1

1

l f

r \\\.)-_

!

'

1~.3.

~

.

Elemente de prelucrare a semnalelor analogice. În· domeniul aparat~~ bord a pătruns în ultimii c:mi tehnica circuitelor integrate. În cele Ce urmează se prezintă pe scurt aplicaţiile amplificatoarelor opera~. ţionale pentru prelucrarea semnalelor analogice din aparatele electrice şi electronice .de măsurat (tabelul1.15). 1

a. Circuitul sumator realizează operaţia de calcul a sumei mai multor tensiuni pe baza proprietăţii punct-ului M de "masă fictivă" (v. tabelull.15) de a însuma curenţii conform primei teoreme a lui Kirchhoff.: (1.57)

de unde

rezultă

(1.58)

Pentru a obtine o însumare ca R 1 =R2 =r ... ,Rn.

egală

a tuturor termenilor este necesar

b. Circuitul substractor cu rezistentă mare de intrare în cazul a două tensiuni este chiar amplificatorul oper~ţional diferenţia! cu reacţie. Pen72

}

tru a obtine rezistente foarte mari de intrare se amplificatoare. ·

utilizează

schema cu

două

c. Circuitul integrator produce la ieşire o tensiune U 0 egală cu tensiunea la bornele condensatorului care, iniţial descărcat, se încarcă cu sarcina adusă de curentul i. Dar curentul i este egal şi de semn opus curentului i 1 U 1 /R produs de tensiunea de intrare: U0 = 2_ C

l idt=~ ~rUt dt.

J

RC

J

(1.59)

d. Circuitul derlvator are, comparativ cu circuitul integrator, condensatorul- şi rezistorul în -poziţii modificate faţă de amplificator. Curentul prin condensator i 1 -:-CdUtfdt, împreună cu curentul i U 0 /R dau un curent de intrare în amplificator neglijabil din cauza tensiunii foarte mici UM şi rezistenţei de intrare Ri a amplificatorului:

C -dU 1 ~

de unde

dt

+ -Uo R

""0 '

rezultă

dU

U 0 = -Rc - -1s cU -

(1.60)

e. Circuite de logaritmare, :
bazează

. --

[.

Un

Zv=ls exp ---_- -1 mUp

1· ~ls .

. Un

exp--- ' mUT

(1.61)

în care i 0 , U v sînt curentul şi respectiv tensiunea de polarizare directă a diodei, ls - curentul invers; Vr=kTjq tensiunea termică şi m= =1,5 ... 2,3 - un coeficient caracteristic tipului de diodă folosit. Neglijind curentul şi tensiunea de l!iJ~t@r~a amp]Jficatorului operaţional ;rez]Jltă)n _i 1 ; i 1 UJR ~iJ!D=:--U0 ,c;~faţii care substituite în (1.61). conduc la'~ · (1.62) Această expresie arată că U 0 este proporţional cu ln U 1 , qar depinde de temperatura T şi de un termen de decalaj (·.:'"-mUr In Ris). Pentru compensarea acestora se recurge la scheme cu două amplificatoare operaţibnale.

f. Circuitul convertor de tensiune-:-curent este însuşi_ amplificatorul cu r~acţie, în care sarcina este rezistenţa R 2 • Avînd o rezistenţă mare de intrare, punctul M are. practic potenţialul U 2 şi deci rezultă: · operaţional

(1.63}

73

dacă

A1cest convertor poate , deveni un generator de curent constant U 2 este o tensiune de referinţă constantă.

g. Convertorul de curent-tensiune··este Tealizat prin conectarea sursei de curent J, care trebuie convertită în tensiune, la borna inversoare a arrtplifieatorului operaţional cu reacţia formată de rezistenţa R. Punctul M fiind practic la masă, acelaşi curent- trece şi prin -rezistenţa· R. astfel că· la ieşire rezultă tensiunea U0 ~RI. h. Filtre active. Comparativ cu filtrele pasive realizate din reţele RC filtrele active prezintă numaJ circuite RC, montate convenabil la intrările_.. sau .în . circuitul de reacţi~. ~l unui. amplificator.· operaţiona~: Aceasta c-onferă circuitului un factor de calitate mai ridicat chiar la frecvenţe scăzute, deci o selectiyitat~ superfoară. în tabelul 1.15 sînt prezentate schemele unor amplificatoare selective, caracteristicile realizate şi relaţiile de calcul ale frecvenţelor d~ atenuare [94]. sau.

~C,

t

1.2~3.

. _~~--

Circuite de măsurare utilizate în aparatele de bord

Pentru măsurarea mărimilbr e1ectri,ce care au rezultat prin eonvertirea mârimcilor· )neelectrice cu. ajutorul traductoarelor ~ utilizează metodele si circuitele·' folosite: .C.1111ent în; domeniul măsurărilor electrice cu unele 'particularităţi impuse de -specific~l rnărimi~or măsu~ate. Este vorba de următoarele cerinţe:·

>J7).f.l.s~fl1fT(lŢea unei ,preci,Tii _m(l+ţ1l1,_e, . ţi11înd sea111!1 că ·ern,rile de _m~-:: suraW a mărllţlifot eiesţric;:e''se ~~aţă· ·ţl!. . ~rorile 1traductoarelor, .• care sînt mai _grev_ de micşortrf'Din (ţcest . niotiv·si;tţttlizează._ frecvenfcircu.ite de măsţir_are de ţipul punţil~r -__;_;. Îiţ cazut traducb)arelor I:niralJl~tr:ice: -şi al cqmpensatoarelor de ·tensiţipe sau de curent col!tinuli·~_:_ '-in cazul traductoarelor g'eneratoare~ Faţă de punţi, compensatoarele au avantaje suplimentare. Astfel ele elimină consumul de putere de la fenomenul r11ăsurat precu:Ql şi eţorile flatorp,tevar!aţigi.rezistel!ţei circuitelor de legă tură, variaţiei tensittnii su:rselor ·de- alimentare·· şi· influenţei unor factori externi. . .

.' b. Md.S1J,rarea continuă ~ niărimil~r neel-ecţrice, car~ de regulă repre-:zintă

parametri importanţi ai unor proces~, fizice (spre exemplu r~gimul motoarelor). De aici rezultă necesitatea utilizării circuitelor de 1Uăsurare (punţi sau compensatoare) neechilibrate sau cu echilibrare automată. ~,

·~

-

-

"

c. Măsurar~a c~ntrqlizată si ladistantă a mai multor niărimi neelectrice ,preeţlm .şi cerinţele_ regl~juh.ii . aut~mat al acestor . mărimi ;impun adaptarea !nărimilor de ieşire ale traductoarelor la aparatele de- măsurat indicatoare, înregistratoare sau de reglaj. De regulă adaptoarel~. utilizate constau, în principiu, dintr-un circuit de măsurare adecvat traductorului

şi un amplificator cu o puternică reacţie negativă, care asigură deJeşire dependent numai._de mărimea măsurată. C\..

' -

~.

···-·

-.

c

un semnal

1 ,,,.

_.

..,p,

1.2.3.1. Divfzori de tensiune şi de curent. Printre circuitele de mă surare ·cele rhtai &imple se nu.mără divizorii de tensiune {fig. 1.18, a) şi divizorii de cnr~nt· (fig;· 1:18~ b), în care, ca aparate indicatoare se utilizează logometre1e magnetoelectrice. În cazul divizorului de tensiune, că derea de tensiune pe rezistenţele R 1 şi R 2 delimitate de perie pe potenţiometru se aplică- pe bobineie logometrului. Indicaţiile acestuia· sînt funcţie deraportul curenţilor 1 1 ·şiJ2 ce străbat bobinele, raport ce poate fi exprirhat cu -ajutorul parametrilor schemei după cum urmează. Aplicînd prima· teoremă a lui Kinchhof:f~în nodurile It ş.i B -rezultă= (1.64) . ·1_...1 1+1~=12 +1~. . Pe de altă parte :în p~le două ochiyri ce conţin rezistenţa Rk a bobinelor se poate scrie: . (1.65) l~·R 1 :_;_,Lf Rk; l~R2 =12 Rk. Eliminînc1. pe J ~. şi I~ între aceste .relaţii· se· obţine: • 11

12

Pentru

·

R~ (R 2 +Rk)

(1.66)

Ri (R 1 +Rk)

creşterea sensibilităţii

S a schemei,

rezistenţa Rk

trebuie

să

aibă o valoare mult mai mare decît retistenţ~ !l-P
cu ~~,~. ·ee!~S.~r~~~, peri ei p.·• ~,P()ten~i~nietru: ·şkcu t lungimea acestuia,- se. pot r~1aţlile: · . . -, - ' . - · -

scrie

, Ri~Rpxfr·::R:,;x;

R2 . R17(l....;_xjl) Rp(l.:_i_X);<

iar sensibilitatea· sch~mei ·.devine:. '

S==d (Il/I~)'

.

dx

~ •. (t-x?

(L67)

J,

Iz

b _

Fig.l.l8. Circuite de

a<::.::. di vizoir (le tensiune;. fj . •·· ·.

·

-

c~

măsurare:

divizor de curent; c-- punte Whea tstone echilib.ra;tă.

Dimp()trivă, dacă Rk

zero

<< Ri, R 2 S'-ar 'obţine Itfl2 =1, adică sensibilitate de mfţrirnea de.intrarex;. x(l., . În cazul diviz'orului de curent rezultă: faţ?

~

•12:

=

R 2+R.!!= RP (1-i)+R,. _R1+ R" · R;i+R,.

(1.68)

75

Sensibilitatea acestei scheme creste la micsorarea rezistentei bobinelor în raport cu Rp. În extrem dacă· se consid~ră Rh R 2 >> R~ se obţine Idl2=R 2/Rh iar sensibilitatea are expresia S=-1/X 2 , adică scade cu x. 1.2.3.2. Punţi de curent continuu utilizate în aparatele de bord. După modul de lucru se deosebesc punţi echilibrate (cu echilibrare manuală, automată sau semiautomată) şi punţi neechilibrate. Dintre punţile echilibrate se menţionează puntea Wheatstone· echilibrată folosită pentru măsu rarea rezistenţelor (fig. 1.18, c) .. Scriind condiţia de echilibru R 1 == R 4 RJR 3 se poate determina de exemplu pe R 1 =Rx dacă sînt cunoscute celelalte trei rezistenţe djn laturile punţii. Principalul neajuns al punţii simple este ~_sl_gpen denţa curentului din aparatuLde__ zero ---oo () o----' (galv~ometru) de _yaloarea tensiunii de + Fig. 1.19. Puntea vVheastone neechialimen are. · . librată. . Puntea' .:Wheatst.ane..._,.p.oata_fLutilizată în regim de punte neecl).iliprată în scopul măsurării unor variaţii .mi~"-·~n;··ai~::fgzThţ-~ptc:;J .Bx J?Ji!... Q~ o vatoare=~::·trg~n€rar~puntiie.J+eechiliprate se· utili?.ează la rfl'ăsurar~ el~ca:~-ă""nnar mărlrfii-neelectriee.~;'!J:Irai,"lfu~torui J?ezistfv a cărui ~efiţă--~~~e-.vaToare·J:I<>mtnată=Rxo:--srcoh~ctează ·În 'latura ·1 ~ punţii. Puntea este ·adusă iniţial la echilibru prin reglarea rezistenţelor ajustabile pentru rezistenţa Rxo a traductorului rezistiv. Datorită variaţiei mărimii · -neelectrice, mărimea deieşire a traductorplui variază faţă de Rxo cu ~Rx. Deci puntea se dezechilibrează, la ieşirea ei rezultînd o tensiune de dezechilibru ~U. Acest semnal, după o eventuală amplificare prealabilă, este măsurateu un aparatm~g:netoelectrie etalonat direct în uriităţi ale mărimii de măsurat (fig. 1.19); · Ţinînd ~eama că RxoR3 R 2 R 4 tensiunea de dezechilibru are expresia:

+

+

(1.69) Dacă

~Rxf2Rxo

puntea are

<< 1 rezultă:

braţe

egale atunci Rx0 =R2 =R3 =R4

~U!:!:!.U ~R:c(1- D.Rx) • 4Rxe

Se obţine deci o caracteristică iar sensibilitatea punţii este:

statică

2R:co

de transfer

. S=(ISU/U)/(~RJR,..)~""'0,25. 76

şi admiţînd că

(L'lO) ~U(ARx) neliniară,

Datorită dependenţei de tensiunea de alimentare U a semnalului llU, acest tip de punte este puţin utilizat în construcţia aparatelor de bord. În schimb se întîlnesc frecvent diferite tipl!~ţ_gg__J:>Q_nţi prevăzute cu indicatori logometrici (v:. fig. 1.20). Variantele b şi c au sensibilitatea superioară variantei a deoarece variază ambii curenţi prin bobine. Referindu-ne la i

-

u

{/

a -

măşur~e

(!:J .·

Fig. 1.20. Schemecf!

in punte: ,

cu indicator. logometric simplu; b - . purute cu semidi.agonală; c logonietru. ··} ·

puntea cu semidiagonală din fig. a a e uncţ1a:

1.20;~q

deviaţia

l' punte dublă cu

f!cu1ui indicator este (1.71)

Dar râportlll ~h-/h,..deyinde 'de rezistenţa punţii cu 'semidiagonală. Presupunînd R 5 =R6 şi calculînd curenţii / 5 şi 16 cu ajutorul teoremei generatorului echivalent rezultă [33, 35]: 1s 16 relaţie

-

R3 [R1 (R2+Rs)+R2 (Rs+R7)] -RrR4B 7 R 1 R3 (R4+Rs)+R 1 R4 (Rs+R 7)-R 2 RaR 7

în care dacă se coifsidJ~ră R1 --:-,R3 ls

~ 16 .· Această formulă

.

,.

R, devine:

RRs-R4R7.+R 2 {Rs+~7+R)

(1.73)

:RR;~:R2R.7+R4(Rs+R7+R>

permite

să

(1.72)

se calculeze raportul

curenţilor

din ca-

şi deci unghiul de deviaţie (X dacă se cunosc rezistenţele Punţii, H~istenţa R 7 .. din senudiagopala punţ_g_ de regulă.se3-k~

drele logometrului

.

co_gdiţia d~ c~:~E~~~~~~~rorilor produ~~...J!~- varJatlll_.r~~Isten.t~L~?drelQr__ , cu ·mediului aiiffiiarit. Din acest motiv r~zistenţa R7 se fragmentează în· două;--n-7- R'=FR:r;·-materialul primei părţi avînd coeficientul

fempertitura

nul ·{constantan}, far materialul părţii ·a doua, coeficient pozitiv (X 1 . Expresia lui R 7 . se d~duce d~n conc,liţia ·de independenţă a raportului 15 /16 de variaţia /lT -T-T0 a temperaturii ambiante. Întrucît · · · ,(1.74) de de

temperatură temperatură

71

l

1

raportuli5/I6 se poatescrie sub forma: J,

A.I+B~a1D.T

1s

. ~-l2+ B2oc1:D.T

(1.75)

in care:

>·

A 1 =R50 (R+R 2)+R70(R 2~R 4)+RR 2 ; A2=Rso(R+R4}+R7o{R4-R2)+RR4;

(1.76)

_- _- Bt=Rso(R+R2)+Ro(Rz-R4)~ -: B2=B5o(R.f.R4)+Ro(R4-Rz);--R7o=d?.! +Ro.-

1

Dacă para111etrii schemei :se aleg din ·condiţia A 1 /A 2 =BtfB 2 ~ atunci raportul 1-Iri16 ria- va depinde de·_ variaţia .llT a temperattirii adică 15/I s= 11.rL42 ~D~C!~

-

--

.

'

.

~~

'

s_e. dezvoltă condiţia A 1/A 2=B1 jB2 rezultă: .,

(1.77) -

.

relaţie

care

numai

dacă

-

.....

arată că

este posibilă compensarea completă de _temperatură suma R 2 +R4 este constantă, ceea ce impune ca atunci cînd Rz creşte_, R 4 să. scadă. în aceeaşi proporţie~ Această condiţie este îndeplinită căcr R 2 +R4 -__ Rp,- ifrlblă .rlitt ng: l.~O,c, df1r calculele sînt.roai laborioase. 1.2.3.3. Punţi de c11rent alte_rnatiy·-P~nţil~ simple _de c.a. serealipunţii Wheatstone cu,:peosebirea că în laturile punţii se montează ilnpedanţele Zh ... , Z 4 , în una din diagop?le o sursă de c.a. cţe tensiune, !l, iar în _eeala,ltă di~gon~l~_ 11n.
zeazi't dupii schema

-

~:--:,::._

- :--:,-'r ;.-

: " . -.. .. (ZlZ4~z.2~3)Q . . . -L k+.Z1.Z2
Id=

-

(1.78)

La echilibru curentul Iri p:rin diagonala punţii de impedanţă Zd se ceea ce este posibil dacă: . -

anulează,

:"

~

(1.79)

.felaţie·.~e.J·epretih.tă condiţia d~ echiiib~u u·'punţii ·in_ e.·a. ~Fiind \r9rba de

_ea

o relaţie în eţjffiplex; conduce la qouă"relaţii în- măi-imi-rea:le.!ntr..;ade~ ~văr expritnîi!~lSn"complex impedariţele, condiţia de echilibru devine:

-

--

.. -.-- Z1Z4 e'arp[j(~t+l~~)i -· z2.Z.3-_(;xpfi{
{i.8o)

.sau (1.81)

Aceste relaţii sînt foarte utile în stabilirea posibilităţilor de echili:brare a unei punţi .date.· Se; presupune-; că~impeqanţa.Z1 . caracterizează tra-

78

•

ductorul.-Sub acţţqnealpărimii_de.măsurat, Z 1 devine Z1 +&Zt, ÂZi<
·ua~ _·- AZ:1Z4U

-

a~ +Z2)

Tensiunea !ld depinde.~de dezechilibrul mentare, dar nu depinde de parametrii ei.

1

4

(1.83)

eU.

punţii şi

de tensiunea de ali-

1.2.3.4; Cirtuite de măsllt-are cu -echilibrare autorhată.; ·îri ··domeniul aparatelor de bord ~ste __ necesară :măsurarea continuă-· a- urior ·mărimi cu precizii peste 1 OJ0. În· asemenea cazuri· se ·u tiiizează punţi ~şi· corn pensatoare automate, în care mărimea de măsurat se compară-cu o mărime etalon de aceeaşi natură, care în timpul măsurăr_ii eşte variată automat pînă la satisfacerea conditiei de echilibru. Circuitele de măsurare cu- echilibrare automată sînt de două tipuri: de tip in-tegral (flstatip)~şLde t~p;pr~porţional. În _ctrc1Ji tele de ţip tqteg,ral, în Q:\Jda ,de,.:ţe.~'ţ;ţfe .utilizată -pentru reglarea automată, există un eleriient--integrator-~ de._obicei 1.\n servomotor. Acesta are rolul de a varia mărimea etalon pînă 1a obtinerea echilibrării circuitului de măsurare. În circuitele de _tip•,pr()porţio'nal, în bucle de reglaj se prevede un· amplificator. Teoria .urmăreşte să studieze stabilitatea sistemului şi căile de micşorare. a erorilor [94].

a. Compen-sator automat de tip integral. Schema .structurală a unui drcuit de măsl1tare ·cu eohili-· brare automată de tip -int~gral se prezintă în fig. 1.2i. · Sev-or examinar-~·-scţtrf ··fnncţlile --de transfer ale elementelor componente. Amplificatorui şi sarcirw lui pot ·fi asimilate· unui ele- Fig. 1.21. compensator· atitoir1~t de tip intement întîrzietor de.} ordinul I grai. . pentru care ÂU repreziptă ten__ . _ : · · .• . _ ... · . si unea de 1htrar~? iar· Vm -- tensiunea de_ ieşire. Deci fu!lcţia de .transfer este: · · ,· Y 1(s):::::•U m(s)/6. U (s)::kJ(T18'-fl),

în care ka este coefidentl;ll de Glll)pUficare, iar• T 1

--::::-

(1.84)

constanta de--timp

echivalentlţ: T1 =~2~m1Rm (~m şt·R~ ..sînt inductanţa. şi respectiv rezistenţa înfăşurării

de

comandă).

79

1

-------------

Servomotorul este un element integral pentru care ·Um este manmea de intrare, iar unghiul de rotaţie

aUm(s) _

s(Js+b) Dacă

rului)

se

notează

rezultă funcţia

a/b

(1.85)

s(1+sJfb)

km=afb şi T 2 =lfb (constanta de timp a servomotode transfer:

(. )
km

(1.86\

..

s(T 2 s+ 1)

Reductorul şi sistemul cinematic al potenţiometrului pot fi considerate ca un singur element proporţional pentru care mărimea de intrare _este< 'llnghiul de rotaţie al servomotorului, iar- mărimea de ieşire-deplasa rea i a curşorului pe potenţiometru, deci: Y3 (.s)=Z(s)/(.S~ , k".

(1.87)

Ci1·cuitul. de compensare 'propriu-zis are ca m·ărime de intrare d~ plasarea. eureor~lui, iar ca mărime de ieşire, tensiunea (mărimea) de corn:... pensare U c· Funcţia .de transfer· este:

· . Uc(s) Y 4(s)=..........__· ~kp.

(1.88)

l(s)

Funcţia_de transfer a circuitului considerat închis este:.

Y(s)=

- k~k~k~ --

1

- (1.89)

kakmkrkp

1+'"""---~~-

(T 1s+ l)(T 2s+ 1)

Notînd Jc.;_kakmkrkp se obţine ecua.;. tia caracteristică a sistemului sub forma: T1 T 2s 3 +(T1 +T2 )sf+s+k=O. (1.90) Dacă se T 1 T 2=a-2, 1

+

notează T 1T 2 ==a3 , _-a1 .şi k==Cl1) ecuaţia

"devine · a3s 3 + a2s2 + +a1s+a0 ==0. Conform criteriului Fig. 1.22. Compensator automat de tip lui Routh-Hurwitz sistemul este proporţional. stabil dacă a 0, ah a2 , a 3 > O şi a 1 a~.:.-ci3eto>O, respectiv dacă este îndeplinită condiţia k<(T 1 +T2 )/(T1 T 2 ). Pentru a îmbunătăţi stabilitatea se pot adăug-a elemente de corecţie suplimentare.

-catactetistică

BO

1

1

b. Compensator de tip proporţional. Schema unui compensator automat de tip proJ30rţional este prezentată în fig. 1.22. Tensiunea Ux este comparată cu căderea de tensiune la bornele rezistenţei de compensare fixă Rr; dată d~ curentul de ieşire 12 al amplificatorului A. Tensiunea de dezechilibru !J..U ~Ux_c_Uc se aplică la intrarea amplificatorului cu impedanţa de transfer Y21 (considerată mărime reală .în domeniul· de frecvenţe care interesează). Se obţine curentul de ieşire 12 =Y21 !J..U. Tensiunea de compensare este proporţională cu acest curent adică Uc=Rcl2 =RcY21 !J..U. Prin urmare: (1.91) unde !J.. u reprezintă eroarea statică fundamentală a compensatorului de tip proporţional, iar eroarea relativă are expresia:

ţei

!J.U

1

uz

1+ Y 21Rc

Se observă că se poate micşora eroarea Y21 a amplificatori.Ilui. ·

(1.92) statică

creşterea

prin

admitan-

c. Punţi cu echilibrare automată de tip integral. În componenţa acestora intră puntea, amplificatorul A, servomotor~! SM şi sistemul indicator. In varianta a din fig. 1.23 echilibrarea punţii se obţine printr-un poli

,

'

1.

,..eH···· f

+

'@1

/~H· :.

-~--0 '

1

'B

b Fig. 1.23. Punte cu echilibrare a b -

automată

de tip integral:

cu potenţiometrul conectat în latura· ·adiacentă traductorului; ,cu. potenţiometrw asigurînd vociaţia simultană .a rezistenţei ·· în două laturi ~lăttirâte.

6 - Aparate de bord

81

;-.._-::.-."_.",:_

-~-

._.,.... ..... ,~,

~

tenţiometrtl conectat-într~o latură adiacentă---rezistenţei de. măsurat,. care poate'fi un traductor oarecare. Tensiunea de dezechilibru AU, ce. apar,e atunci cind rezistenţa traductorului variază cu AR faţă de valoarea de echilibru R, pune în funcţiune servo motorul SM. Acesta- mişcă cursorul potenţiomettului R 11 pînă la restabilirea echilibrului. Simultan are 1~ deplasarea aculUi indi{!ator_ I faţă de· cadranul S. Condiţia de echilibru.este: --·

-

'

(1.93) --

~

'

~

unde R 11 este rezistenţa potenţiometrului, AR11 - variaţia acestei rezisR - rezistenţa traductorului şi D.R ~ variaţia acestei rezistenţe. Pentru a elimina erorile produse de variaţia cu ·temperatura a rezistenţei conductoarelor de legătură la traductor, s-a recurs. la conectarea traductorului prin trei conductoar~ la pu:r:tte (fţg; 1.23, b). Reiistenţele identice Re ale conductoarelor de legătură la traductor se află în două laturi alăturate ale punţii. În acest caz condiţia de echilibru este:

tenţe,

--

·-

(1.94)

-

-

-

-

La apariţia variaţiilor AR şi !l.Rp condiţia de echilibru devin~:

+ Â Rf Ro+ R5) R4= (R 2 + Rc}(Ra +A Rp).

(R'f?7j.6Rp+ R

(1.9.5)

Din relaţiile· prered~te ~c &e-._pbţine :.~ ;/l.Rp=

.>c

1{1' '

(1.9·6)

.'

R4+R2+Rc

unde s-a presupus că Variaţia rezistenţei potenţiometrului AR11 este proporţională cu deplasarea liniară l a cursori.flui, K fiind factorul de. proporţionalitate. -· · d . .Punţi·_ ~u e.Ghilibrarg .(l'llto1J'l-aţă -. c;l? :tip proporţiotwt Schema unei asemenea plinţi $f poate:;~iledei{h{f~. ~1':2A::~-ln laturile Rvnţii sînt conectate rezistenţele de precizie Rf, R 2 / R 3, o ~zistenţă R0 ~'din circuitul de reacţie al unui amplificator operaţional şi traductorulrezistiv R. Valorile rezistenţelor sînt astfel alese încît R 1>>R2 +R_0 şi-ORs>>R, deci variaţia de rezistenţă. ÂR a traductorului nu modifică curenţii în laturile punţii. La variaţia AR a rezistenţei traductorului apare la intrarea amplificatorului

.

--

:~ FiiC 1.24. Punte· cu echilibrare automată de tip proporţional. o

82

tensiunea· de dezechilibru ~U. Curentul 12 de la ieşirea amplificatorului produce la. bornele rezistenţei R 0 ··o cădere de- tensiune care reechilibrează puntea. Pentr.u.valoarea nominală,a rezistenţei traductorului R se ale8 rezistenţele Rb :R2 şi R 3 astfelîncît puntea să fie în echilibru (lz==O). Intre valoarea rezistenţei R a traductorului şi curentul 12 care echilibrează puntea există o dependenţă bine determinată, ceea c~ ·pernţite etalonarea directă a aparatului indicator în unităţi ale mărimii demăsurat. Dacă se admite. un curent constant I prin traductorul introdus în punte' condiţia: c(ţe. echi,lj.bru 'este: IflR i 2R0 •

(1.97)

În realitate, pentru ca ladeşirea amplificatorului să se obţină curentul I 2 , la intrare trebuie să se aplice tensiunea de dezechilibru AU astfel că: (1.98) Deci echilibrarea pun ţii 'nu se va · ptltea face exact, ci astfel încît la ieşirea ei, să· rezulte t~nsiunea: . llU_;_Jf1R-'-l2 R 0 =lAR~AUY 21 R 0 , (1.99) de se obţirie: :o ÂU; JAR/{l+Y21 R{)), (1.100)

untle .

care corespunde unei erbri ·absolute de

măsurare

a

rezistenţeţ:

··!:J.U ·..•.. '<'' ...... · p;._yo t '• · .~ .1 (===\Ai~/LJ.,+ .. . J\ . - Y"2~.'L\L~ 3

sau un~fer(J~r·~~Îâtivii :

(1.101}

>

1

lJ AI

. 1 +ly21:.Ro

(1.102)

_ Pentru reducerea erorii statice~:fundarnentale este~riecesară o amplificare mare~- respectiv o admitanţă mare de transfer a amplificatorului:

1.2.4. Traţl!Smisii·la distanţă şi ~ist~me«e.tJrmă:rire În compunerea unor aparate şi instalaţii automate'de bord intră dispozitive care asigură transmisia la distanţă a unghiuluL derotaţie, respectiv a vitez~, de rotaţie,: ii unui arbore de comandă (arbore pil'ot) la un arbore C011Ul1id'at. Astfel de dispozitive se •cnumesc transmisii la distanţă (tran_srnis~i cşţp~I'011~ sau sisteme de poziţionare. Deşi îndeplinesc aceeaşi functiUne -se face tlistinctie între transmisiile la distantă si sistemele de urmărire, aceste{! gin urrtfă avînd în componenţa lor ~n 'servomotor cu amplificator şi r(3ductor, eet?a ce le face mai puternice şi mai precise decît prim€1(;;. în fond este voroa tot de circuite de măsurare cu/~compensare automată, dar care~, pentru transmisia .unor unghiuri de rotaţie practic nelimitate,,. :utilizează potenţiometre Jnelare, transmisii sincrone cu selsine etc. 6*

83

1.2.4.1. Transmisii la distanţă potenţiometrice. O transmisie la dis.;. tanţă potenţiometrică (fig. 1.25) se compune dintr-un potenţiometru inelar (transmiţător), dintr-un logometru magnetoelectric (indicator) cu trei bobine şi dintr-o linie de transmisie formată. din trei conductoare conecA'

c

.B Fig. 1.25. Transmisie la

distanţă potenţiometrică.

tate la periferia potenţiometrului decalat la 120° (punctul A', B' şi C'). este alimentat prin două contacte glisante (perii) în două puncte diametral opuse D' şi E'. Mărimea de intrare este unghiul ~ de rotaţie a· periei D' conectată la borna minus a sursei de alimentare faţă de punctul A'. Datorită .curenţilor care se ~tabilesc prin cele trei bobine, magnetul permanent urientîndu4-se după divecţia;.fiu:Xului Tezultant, ocupă o poziţie ~, faţă de punctul A în general diferită de ~ cu unghiul de dezacord e=~-cx'. În continuare interesează intensitatea curenţilor prin conductoarele de legătură, unghiul de dezacord şi cuplul sincronizant al indicatorului. Fie R 1 =Rp/360° rezistenţa potenţiometrului pe un grad unghiular, ceea ce înseamnă că cele 3 segmente A' B' ... etc. au rezistenţa 27tR1/3. Se notepză cu ~7tR 2 /3 rezi~tenţa unei ilpbine. (}- in'd:jcatorull:li.. Pentr:p: calculul curentilor .. f:.f!i.Un·~~~b,:i~e~l;e. J;q~i~~tg:Pi#\lilii:;:~şe,...au" în vedere· schemele din fig. 1.26, a, b. Pacă se transfigurează rezistenţele conectate }P. triunghiuPotenţiometrul

/

·r.J

a Fî·g. 1.26. Scheme echivalente :Pentru calculul transmisia potenţiometrică.

b curenţilor

din

84

1

rile 1-2~6 si 3-4-7 în conexiune stea echivalentă se obtine schema din fig. 1.26, b. Corespunzător sectoarelor 1, ... , 8 din fig. 1.26 rezistenţele din laturile schemei au valorile: Sectorul

1

3

2

5

4

6. 7, 8

120R1

Rezistenţa

Expresiile

rezistenţelor

echivalente din fig. 1.26, b sînt: n2-9(X2 · n-3~ R n+31X R r 1 = 6n(1+n) R 1; r 2 .....:_ 3(1+n) 2 ; Ta= 3(1+n) 2 ; n=

,_

f1-::--

.

(27t~31X)(XR. 1 .

.•

.

2n(1+n)

,

~ IXR2 •

, f2-

. 1 -tn

Rezistenţa echivalentă obţine sub forma:

2n-3~ R .

'. _

' fa- - .-.-..-. ·

3(1+ n)

a celor

două

R2 • R1 '

2n R2 ·-- • 3 1 +n

2, Te= -

·

·.

ramuri în paralel (fig. 1.26, b) se

:r;~1CR2 /2(1 +n).

· Curentul produs de

sursă

prin bornele D' E' este:

u

lt=--rl+r~+:;

U

2n(1+n) n 2 (n+l/3)+2n~-6oc. 2

-:---' R1

{1.103)

iar curel)tulprirl cele două r
n(l+n) n 2(n+ 1/3)+2n~X-6oc. 2

U

(1.104)

R1

Interesează expresiile curenţilor ce străbat ·bobinele indiceţtorulul. Între curentul 1 care străbate latura C' A' a schemei şi curenţii / 5 şi 17 există relaţiile 120 R 2li=120 R 115 şi 1=15 +17 • Eliminînd pe 15 şi substituind expresia lui 1 de mai sus rezultă:

:

···· nU· · 17 =lcA= -~

(1.105)

ARI

Asemănător

pentru <

curenţii •

din celelalte bobine se

u

.

obţin

u

· JAB-.:..-2(7t-3cx) - - ; 1Bc=-3cx - - . ARI

.

ARI

expresiile: (1.106)

Presupunînd că bobinele indicatorului sînt identice şi că fluiurile produse sînt proPQrţionale cu curer1ţii ce le străbat se scrie: (1.107) Datorită :Orientării geometrice a axelor celor trei bobine, fluxurile sînt decalate între ele cu cîte 120°. Fluxul rezultant îsi modifică orientarea datorită variaţiei valorii fiecărui flux produsă de v~riaţia curenţilor lAB, IBc,

85

leA· Pentru a sta.bi1i .relaţia dintre unghiurile rx' şi rx; se proiectează fluxu~ riie pe axeie-de coordonate Oxy (fig.1.27). Se obţine:

- l/3-

tf>x- -

2

;r,.

;r,.

m

-

(wcA-"'-'AB); y=-wBc+

1

m.

2 ("'-'CA+ (pAB).

(1.108)

Întrucît cx' este unghiul dintre fluxul rezultant şi axa Ox se scrie; .tg .

, .· rx·=

x

or.-

-· .

(1.109)

2r./3- or.

De aici se vede că unghiul cx' nu depinde de rezistenţele transmiţătorului şi aie indicatorului, ci este determinat doar ·de poziţia rx a periilor D' şi E'. Studiind funcţia rx-/(rx') seconstată că pentru rx· -0°, 30° şi 60° unghiul de dezacord e este zero. Deci în aceste puncte -transmisia este sincronă·. În restul punctelor rx'-=f=rx. UnghiuLde discordantă este:

r/Joc Fig. L27 Orientarea fluxurilorcprP..,.:-;~ duse de logometrul cu trei hobine. -

·9_ .. rl::-"'"OC.=•CX:--arc , t·g ..... ·(· v3or. ,,_ _ •· · ·_ ) ' 2?t/3-or. .

'

(1.110)

expresie ce caracterizează neuniformitatea indicatorului. Acest unghi areextrerne în intervâlul O~rx~60°: 9 1 =1°6' pentru cx1 =13°18' şi 9 2 =-:-1 °6'; pentru oc2 =46°42'. Relaţiile stabilite sînt -valabile pentru domeniul O~ cx~ 60°. Pentru domeniul60°~ oc~ 120°, expresiile curenţilor se obţin prin permutarea redouă

ţaţiil()t:Ick4IÂB/fA~{:Bq:şi ;18(;~~~~-•-.-',,_i~/->

- •.•. ---. - .., . ,

Cuplul sincronizaini:•:se-'{;bţÎne- tinÎ~d se~ma eă ·-magnetul petrnanent rotoric al indicatoruhii de moment magnetic m interacţionează cu cîmpul magnetic rezultant de inducţie B produs de bobin:e. Dacă· unghiul format de aceşti vectori este ~atunci CUJ?lul sincronizant M este: M==mxJ3_:_7(, m B sin ~'

(1.111)

unde "'K este versorul cupluluf'M. Pentru a obţine un_ cuplu sincro11izant de .valoare _mare este necesar să se folosească bobine cu număr mare de spire şi echipaj mobil de moment magnetic cît mai 1ll~re. 1.2.4.2. Transmisii la distanţă cu' selsine. Sistemul selsin cse oompune d-in. două elemente de aceeasi structură,. asemănătoare unei masini sincron~~ trifazate, în care înfăşurărtle de excitaţie sînt alinî'entate de la aceeaşi sursă de .c:a. monofazat, iar înfăşurările de structură' trifazată, numite înfăşurâri. ,de sincronizare, sînt-conectate în opoziţie (fig. 1.28). Dacă în:.. făşurările:d~:sincronizare ati aceeaşi poziţie relativă în raport cu înfăşu..;;

'1

86

1

rările de excitaţie, t.e.m .. induse încînfăşurările ·de ·sincronizare (toate sinfazice) sînt în opoziţie pe fazele omoloage, eţstfel că în înfăşurări nu circulă. curent. Dacă se sţhimbă poziţia relativă, apărînd un dezacord e al poziţiei rotoarelor, t.e.m. riu mai sînt în opoziţie şi diferenţa lor dă naş-

.J'

distantă

Fig. 1.28. Schema indicator a transmisiei la selsine. ·

cu

· "../--

tere pe .fiecare fază la un curent.-I:qtern.(fţiunea djnţre.~ureiţgi~i;l.e.sincro nizare şi fhtxul de excitaţje face. ~:·.apăt~.i'PUP!urir-:S~izante; a
, , . ,.,. .. . Datorită capacităţii sale· de autosincronizare. şi pl!eciziei ridicate, sis;_

temui selsin este folosit pe scară largă ca ·aparat indicator al unei rotaţii, sau ca dispozitiv de comandă laA.iistanţă .a. unei .deplasări în sisteme de telecomandă, telemăsurare Şi telecontrol. In calculul transmisiei cu selsine interesează, de regulă, cuplul sincronizant şi precizia [143]. Selsinele pot fi utilizate în următoarele sch~r.ne de funcţionare: schema indicator, schema tFan.sf{>rmator.~şi şcheţn.a:~l$i{l diferehţial. '~

;:-

-

•

'-0~

-

.

j

:·..

~-·.

,'~:)/

·· .... -.,-

a.- Schem(i iM'ic.ed~~~ ;~c~astă schemă se•~tlli~ează pentru valori. reduse ale cuph1~uF s.lncrenizant, aşa cum se întîmplă atunci cînd arborele comandat antrenează un ac indicator sau un cadran. De ·aici denumirea de schemă indicâtor; mult întîlnită în :construcţia aparatelor de bord. Dacă se notează cu
- .' . .z. ,_ . -

o

2 .· -

13 . .

z

~~~~'

.

(E_

r~r

·.(•· .+·'·~ ·-.2tt·)·. · ~

I-c= '.;::::;L z sin rx lt

.

.

3

·.·

2

(1.112)

o

.s.I·n. -. ·... ; 2.

3- ·. '

87

1

Pentru cuplul siricronizant se obţine expresia 0,1195

E.2

•

M = - - - -2s i2n e f

X.

r

+X

(1.113)

[Nm],

impedanţele fazelor de sincronizare, iar r şi X rezistenţa şi reactanţa acestora. Pentru unghiuri mici de dezacord se poate considera sin e~e, iar cuplul sincronizant devine liniar în raport cu Dacă selsinul receptor are pe ax o sarcină (cuplu de frecare) se menţine un dez-

unde Z sînt

'e.

acord în limitele +1° ... +2°. b. Schema transformator. în schema transformator (fig. 1.29) selsinul receptor are rolul de a converti unghiul de discordanţă e dintre arborele pilot şi arborele comandat într-o tensiune Et dependentă de e după o lege simplă, în speţă sinusoidală. După cum se vede (fig. 1.29) diferenţa faţă de schema indicator constă în faptul că "excitaţia" selsinului receptor nu mai este legată la reţea, ci constituie înfăşurarea de ieşire de la care se culege semnalul util [143]: (1.114) unde EM este cea mai mare valoare efectivă a t.e.m. Er coreşpunzătoare schemei (9=0). Relaţia (1.114) defineşte funcţia de traductor a schemei, în sensul convertirii rotaţiei e într-o t.e.m. Er. În automatizări s1nt Jnsă necesare relaţii în care, la valoare nulă a mărimii de intrare, să se obţihă t6t "Valoare nulă pentru mărimea de ieşire, iar la schimbarea sensului mărimii de intrare, să se schimbe şi semnul (faza) mărimii de ieşire. Pentru aceasta este suficient să se considere drept poziţie de concordanţei

2

.Fig. 11.29. Schema transformator

cu selsine.

referinţă cea corespunzătoare la e =1t/2 şi respectiv să se definească unghiul de discordanţă al schemei prin 9'=19-7t/2. Poziţia de repaus va fi în· acest caz cu rotoarele orientate perpendicular unul faţă de altul, adică pentru CJ.r-a.R=7t/2, iar expresia lui Er devine: Er=EM sih 9'. (1.115)

Schema transformator este mult utilizată in sistemele de urmarire, în special pentru transmiterea la distanţă a unor cupluri mai mari decît cele obţinute în cazul schemei indicator. e. Schema dif~renţială. În unele sisteme apare necesitatea introducerii unei corecţii unghiulare ac la unghiul de comandă cxy. În aceste cazuri se utilizează, pe lîngă selsinul transmiţător şi selsinul receptor, un

2

Fig. 1.30. Schema transmisiei la

distanţă

cu selsine de tip

diferenţia}.

al treilea selsin, de construcţie specială numit selsin diferenţial conectat în sistem (v. fig. 1.30). Selsinul diferenţia! are două înfăşurări trifazate: una statorică si una rotorică. Rotorul selsirtuiui diferentia! este rotit cu unghiul de co~ecţie cx 0 ,~ Se demonstrează [143] că tensiunea inclusă în înfăşurarea monofazată .a selsinului receptor este: eR=ERM cos ((t)t-cp') cos (cxr+cxc-cxR)·

(1.116)

Prin urmare, semnalul de ieşire depinde de mărimea cx:r-ocR+occ= =;8 cx0 , ceea ce înseamnă că selsinele diferenţiale pot însuma sau scădea în regim static două unghiuri (e+cxc), iar în regim dinamic se pot aduna sau scădea două viteze unghiulare +~c)·

+

(a

1.2.4.3. Sisteme. de urmărire. De regulă sistemele de urmărire se compun din următoarele elemente: transmiţătorul T, receptorul R, amplificatorul A, servomotorul SM şi reductorul RD. în afară de acestea, atunci cînd este necesară transmiterea sumei a două unghiuri, se mai utilizează şi un element s;umator, reprezentat de regulă dintr-un selsin diferenţia! SD. Funcţia de transmiţător şi de receptor a sistemului de transmisie la distanţă· este îndeplinită fie de două potenţiometre inelare, fie de două selsip~. ·în siste~e de transmisie la distanţă poziţia celor două axe este riguros stabilită: a:x:a-ue. intrare (pilot) se găseşte întotdeauna în transmiţător, iar axa de ieşire (condusă) ...;_în indicator. În sistemele de urmărire poziţia acestor axe în raport cu transmiţătorul şi indicatorul poate fi diferită. În unele cazuri axa de intrare se găseşte în transmiţător şi axa de

89

ieşire in receptor, iar în rute cazuri, -invers. Aceste două variante de sisteme de ~urmăril!e sînt arătate în fig. 1.31, a şi respectiv b. O a treia va-riantă (fig. 1.31, c) asigură însumarea-a două unghiuri: prima axă de intrare se găseşte în transmiţător, iar a doua axă de intrare precum şi axR_de ieşire în receptor~ Cea de-a- patra vadantă se deosebeşte de a treia prin f-aptul că prima ~ă- de intrare -se găseşte în transmiţător şi,a doua .-,---,- în sumator (selsin diferenţia!), iar axa de ieşire în receptor (fig. 1.31; d).

c · •·- ~ig:).3},Variante de sisteme de· urmărire.

a. Sisteme de urmărire potenţiametrice. În acest caz transmiţătorul sînt formate din două pqtenţiometre inelare identice, cu cinl'·i puncte de conexiuni (fig. 1.32). Două dintre acestea sînt diametral OpUSe ŞÎ>ali >rOlUl:·
90

Fig. 1.32. Sisteme de

a -

urmărire potenţiometrice:

cu .a'Uiinentaa:-:ea la potenţiometrul transmiţător T; b 'tenţiome:trul recepto.r R.

Fig. 1.33. Variante· de sisteme de

·urmărire

cu i:iiimentaxea !La po-

cu selsine.

"Q. Sisteme de urmărire monocanal cu- selsinG. sistemele de urmărire cu selsine au precizie ridicată şi o mare siguranţă în funcţionare motive pentru care sînt larg utilizate în construcţia aparatelor de bord. Se disting patru variante de sisteme de urmărire cu selsine. Schemele de conexiuni a elementelor componente şi poziţia axelor de intrare şi de ieşire în cele patru variante sînt precizate SR în fig. 1.33. Sistemele monocanal asigură transmisia unghiurilor la distanţă cu erori de ordinul +0,5°. La un selsiri transmiţător se pot conectC} pînă la şapte selsine receptoare.

r---------------------.

c. Sisteme de unnărire bicanal cu selsine. De data Fig. 1.34. Sistem de urmărire bicanal cu selsine.

aceasta unul dintre canale -este grosier, iar al doilea de precizie. Funcţionînd împreună se asigură reducerea erorilor de transmisie a unghiurilor la numai :+8' ... 9'. Atît selsinul transmiţător, cît şi cel receptor au în componenţa lor cîte două selsine: unul grosier· şi aţtul precis. Selsinele grosiere sîht asemănătoare celor utilizate în sistemele monocanal. înfăsurarea lor statorică este trifazată şi are o pereche de poli. Selsinele de precizie au o construcţie specială. Conexiunea celor patru selsine este arătată în fig. 1.34. Tensiunea totală de discordanţă se aplică la un amplificator bicanal (sau la unul monocanai însă printr-un selector care permite să se separe semnalul de corecţie precis de cel grosier).

d. Sisteme d~ urmărire comb_inate. J~ construcţia unor aparate de bord se întîlnesc sisteme în care transmiţătorul este un selsin, iar recep·torul un potenţiometru inelar, sau invers. Aceste scheme se folosesc pentru transmiterea unghiului de ruliu de la giroverticalla giroagregatul sistemelor compas, asigurîndu-se astfel eliminarea erorilor cardanice de ruliu (fig. 1.35). Observaţie. Funcţia de transfer a sistemului de urmărire monocanal cu selsine este identică cu cea obţinută în cazul compensatoarelor automate de tip integral. Într-adevăr considerînd schema din fig. L36 cu notaţiile cunoscute se pot stabili următoarele mărimi: unghiul de dezacord: ~e(s)=rtT(s)-lXR(s); tensiunea corespunzătoare dezacordului e: \o

U 1 (s)=k1 e(s)= Y 1 (s)9(s);

tensiunea de

ieşire

de la amplificator:

U2(s)=

~ U 1 (s)=Y 2(s)U 1 (s); T 1s+1

_

92

l

l

ecuaţia

servomotorului raportată la arborele de ieşire al reductorului de-

vine:

o

o !

Fig. 1.35. Sistem de urmărire combinat: ST. -

sellsin

tnansmiţătox

; P - potenţiometru; f(J r -' fluxul rice; Et; - t.e.m. rezultantă indusă in stator.

înfăşuTării

roto·

ST

l/~~~~~~Fig. 1.36. Schemă pentru calculul funcţiei de ST. ~ seisi:n transmiţător; SR - selsin rec®tor; A tor; SM -

Funcţia

d

funcţia

amplifica-

reductor.

de transfer a sistemului deschis este:

y (8 ) iar

servomotor; RD -

transfer:

=

n3 y 1

i

(8 )

=

de transfer a sistemului de Y(s)=

IXR(s) IXp(s)

=1-

e(s) cxp(s)

IXR(s) 8(s)

klkmka s(T 1s+1)(T 2 s+1)

urmărire

=1-G(s)=

cu

reacţie

l+~a(s)

Yd(s);

(1117) ·

devine: (1.118)

unde G(s) este funcţia de transfer a erorii [23, 48, 81, 134].

93

l

1

2-. MĂSURAREA PRESIUNitO·R

.lA BORD

2.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

UnuFdintre parametrii care ;caracterizează regimul de funcţionare al unor instalaţii de 'bord· este pre~~~11,:ea 1.1n0.:ragenţi de ·lu(.ir-u:.pl~i, combustibil, aer comprimat etc. Aparatele care măsoară presiunf în. domeniul 10~4 • >~ 10 4 at se numesc manometre şi sînt ·realizate cu traductoare de deplasare (asociate cu elemente elastice), cu traductoare de deformaţii, cu traductoare piezorezistive sau piezoelectrice. Aparatele pentru măsurarea presiunilor foarte mici, în domeniUL'l·... 10-8 tort se numesc vacuumetre. La bordul aeronavelor manometrele se utilizează pentru măsurarea presiunilor din instalaţiile: de combustibil, de ulei, de oxigen, hidraulică şi pneum?tfcă.- M~jori~aJeft~;pt~I,19!!l.;:tr?lor .el~·.· b()rd ·se P~?~J?.~~Efj~ipjgl somparaţ1e1 fortgr Pt~!.\tr:tH··de masur#t. cu forta ~lasltc_a_fLQ!].UI el_gment sensibil elastic de. tip membrană, ·ca sură,- tub Bour 1 ·1 . -~ eformaţia obţinu~ es e a 1şată direct cu aJutorul unor ·dispozitive mecanice, aparatul se numeşte manometru mecanic. Dacă însă deplasarea este transformată cu ajutorul unor convertoare în mărimi electrice ce permit transmiterea la distanţă a indicaţiilor, aparatul se numeşte manometru electromecanic. Pentru măsu·:t;area: presiunilor care au variaţie rapidă în timp se utilizează. manometrele piezoelectrice · ~i pie~&r~ezistive. Se disting manometre diferenţiale, care· măsoară diferenţii-a ·două presiuni şi manometre de presiune absolută.

2.2. MANOMETRE MECANICE

Avînd în vedere ~implitatea constructivă şi fiabilitatea lor mare, manometrele mecanice se folosesc la bord întotdeauna cînd nu este necesară transmisia la distanţă a indicaţîilor. Este cazuL instalaţiilor hidraulică,

94

-

6

7

6

5

- - - ---

7

- ----

-----------=----~--

5

,a Fig. 2.1. Manometre cu elemente elasti'ce: manometru diferenţia!; b - manometru de prerstune absolută; 1 - element sensibil elastic ~capsulă) ; . 2 - caTcasă etanşă; 3 - bielă; 4 manivelă; 5 - sector dinţatt; 6 --cpintion; 7 - ac

a

indicalt:o:r~,

15

Fig. 2.2. Manovaeuumetru dublu: geamul Aparatului; 2 ..2._ inei' e1astic de fixare; 3 - carcasa aparatului; 4 - cadran; 5, 6 ··~ .ace :indicatoare; 7 ..,..; · compensator de temperatură de gradul I; 8 - a.x; .9 -::- pinion; . ;LO . .....,. arc spiral; . 11 - bloc de .. capsule anerioqe; .· 12 ·. - .. centru ridid; 13 - centru rigid· mobil; 14 - tub; 15 - baza de· fixare ·a mecanismului; 16 ··-' ştuţ; 17, 19 - suporţi de fixare; 18 - supo,r.t; 20 - c.ent·ru ~i.gid; 21 - ltijă; ,22 - blocul capsulelo,r manometrice; 23 - compensMor de gradul II; 24 - !imitator; ,25 - tijă; 26 - ax; 21 - sector; 28 - pinion; 29 - axul acului indicator. 1 -

1 '

pneumatic_ă şi

de oxigen. În fig. 2.1 sînt prezentate schemele cinematice ale manometrelor cu elemente elastice. Aparatele de acest tip realizate cu membrane sau capsule au o sensibilitate mai mare. De aceea se utilizează la niâsurarea unor presiuni de vaioare relatiy_Jnică. -De rem~eă-- în cazu.t-manometreior'lte""ptesfi.ine afisoliită~Humite şi manovacuumetre, elementul sensibil elastic este de tip aneroid. Manometrele diferenţiale mă soară corect presiunea ~P=P 1-p2 dacă se realizează o bună etanşeitate a carcasei aparatului. Acest neajuns poate fi eliminat dacă se folosesc elemente sensibile jumelate. Asemenea dispozitive pot fi folosite şi la măsu rarea presiunii absolute dacă unul din elementele jumelate se videază (p2 -0). În fig. 2.2 sînt prezentate schema cinematică şi detaliile constructive pentru un manovacuumetru dublu, utilizat pentru măsurarea presiunii de admisie în limitele 300 ... 2 000 mm Hg cu erori de ordinul J.o;0 •

+

2.3. MANOMETRE ELECTROMECANICE CU TRADUCTOR POTENŢIOMETRIC (REZISTIV)

Manometrele electromecanice se utilizează la bord pentru măsurarea presiunilor :în dorn~niulO :- .. 10 daN/cm 2 şi O ... 2 500 daN/Gm2. Cînd se · -măsoară_presitini.sub-30 daN/cm2 elementuls~nsibil,folosit:este de regulă capsula. În cazul presiunilor sub 1 000 daN/cpi--.2 se utilizează membranele, iar pentru presiuni pînă la 2 500 daN /cm2 - tiiburile Bourdon. Deformaţia elementului elastic se prelucrează cu un mecanism şi apoi se converteşte în mărime electrică cu ajutorul unui traductor rezistiv de deplasare. Aparatul indicator este un logometru magnetoelectric cu magnet permanent mobil. Pentru a exemplifica principiile de construcţie se prezintă două tipuri de manometre electrQmecanice de. avi(lţie.

2 .3.1. Manometru electric Ia distanţă unificat Acest aparat este utilizat pentru măsurarea presiunilor -<:!Uprinse în domeniul O ... 10 daN/cm2 şi O ... 1 500 daN/cm 2 • Schema electrocinematică a manometrului este prezentată în fig. 2.3. Aparatul este format dintr-un transmiţător (fig. 2.4) care cuprinde elementul _elastic, mecanismul şi potenţiometrul şi dintr-un indicator care este un logometru ID.agnetoelectric cu două cadre fixe. Principiul de funcţionare ~ţeles din fig. 2.3. La variaţia pres1unn p de măsurat se deformează membrana ·elastică. Un mecanism de transmitere de tip tangenţial transformă mişcarea de translaţie a centrului rigid al membranei în mişcare de rotaţie a unui cursor (perie) pe potenţiometru. Prin aceasta variază rezistenţele R 3 şi R 4 din laturile punţii, ceea ce face să varieze şi curenţii din cele două cadre ale logometrului. Valorile rezistenţelor din schemă sînt precizate în tabelul 2.1.

96

.f

1

---------------------

----

•

p

--

Fig. 2.3. Schema de principiu a manometru::. ~ui unificat EDMU. -~- ..

--, -· -----·---;,.. -- ..,__,_

·-"

5

6 7

8 9

10

11

Fig. 2.4. Schema cinematică a transmitătorului manometrului EDMU: .. 1 5 B -

potenţiometru; 2 cursor (perie) ; 3 - priză; 4 - portperie; a,x~l portpen~r; f:l.: . bară de antrenare; 7 ........ arc de revenire; pinio;n; 10 şi 13 ~ bază de fixare; 11 ..._ membr,ană

ooină; 9 -

elastică;

12 -

ştuţ.

Tabelul 2.1 Valoriţ~ ~~zistenţelor

Rezistorlil Valoarea rezisten:.. ţei (ohmi)

Materialul folosit,

Ra+R4

din schema manometrului· EDMU

Rl

R2

R5

Rs

R'7

R" 7

Ro

1200

1.200

280

220

2120

.330

60

Constantan

Cupru

1 Canstan-

Cupru

tan

7 - Aparate de bord

97

• Cadrele logomettuh.tl au acelaşi număr de spire, dar dimensiuni diferite, căci unul este interior celuilalt, astfel încît să se găsească sub un unghi de 120°. Pentru simetrizarea schemei electrice se prevede rezistenţa adiţională Ro=60 Q. In semidiagonala punţii sînt conectate rezislentele si R;, prima dintre ele fiind din cupru pentru a asigura compen~area d~ temperatură. Conform relaţiei (1. 77) rezistenţa se c~.lculează cu formula: , _R 50 [R2 +R~'(2R+R 3 +R 4)] R7 '

Ri

R;

R (Ra+R4)

unde Riftle::::=R2=1 200 Q, ~3 +R4 =255 Q, .R;=330 Q şi R 50 =t280 Q. Efectuî~calculele rezultă R1~2120 Q. Fiecărei valori a presiunii îi corespunde o ·poziţie determinată a perîei pe potenţiometru şi deci un anumit raport între rezistenţele R 3 şi R 4, respectiv un anumit raport între curenţii 15 şi / 6 ce străbat cadrele logometrului. In felul acesta unghiul de rotaţie cx al acului indicator este univoc determinat de raportul 15 /16 , respectiv de valoarea presiunii. Unghiul scării este de 120°, iar erorile în indicaţii nu depăşesc +4o;0 •

• . 2.3.2. Manomet):'tfcu transmisie poteriţiometrică Creşterea unghiului. ~cării _pînă

-la 27o

~it:'cljiar mai mult se poate folosind o transmisie ia distanţă_ de la un potenţiometru închis, conectat prin patru fire la un indicator-logometric cu patru cadre (fig. 2.5).

obţine

27 V

6

Rad ~--·::::::-.:....

~

·\\. ~ J

t--+-----'

~

"r-------'----' .

~

R6

K,

r-

N

JtetJJnlsm

'-......

f

?-

,..><

fndicator -

Mqgnet de readucere __ _

fig.

~.5.

Schema_de principiu ~ manoţnetrulUi -,ci transmitere potenţiometrică EM.

Transmiţătorul. aparatului. (fig~ .2.6) este constituit dintr.."o membrană -onz·~ dulată, un mecanism de transmisie, un cursor şi un potenţiometru. Intru-: cît extremităţile acestuia sînt legate direct, el este echivalent cu un potenţiometru inelar. Aparatul se alimentează la tensiunea de 24 V. La depla;.;. sarea periei pe potenţiometru, variază curenţii prin cadrele indicatorului; care sint dispuse succesiv sub unghiuri de 90°. Funcţie de valorile_ curen-

98

ţilor se obţine un cîmp magnetic rezultant de inducţie B=.B1 +B2 +Baf-.B;. Poziţia acestuia este univoc determinată de valoarea presiunii. Magnetul permanent mobil (pe axul căruia se găseşte acul indicator) se orientează după a lui B datorită cuplului M=mXR Hezistenţele R 5 şi R6 caserie cu cadrele K 1 şi· K 3 asigură reglarea unghiului şi liniariaparatului. Valorile rezistenţelor din schemă· sînt precizate în

2.

.

.......--

.

.. :_....;..--:,··--··-··-·'

·-

cinematică atransmiţătorului

Fig..2.6. Schema

EM-10:

1 -- membrană; 2 - disc de fixM"e; 3 - .corpul tt'ansmiţătocului; 4 · - cur&O'I'.; â - potenţiometru-; 8 ··~.priZă; 7. - l>Qrtperi~:; 8 -~ :fir c:Ie. J:e~gătură; 9 ~ axul .pOlt'tp~rt~· 3.0 -:-. ~c de re_a;du~; 11 -:- bară ,d~ ~trenare; 12 ..... ştuţ pen, ' .e stati~ăL 1_3_~~~:~ă; 14 ~-

Tabelul 2.2

Valorile

rezistenţelor:,'j.~ometrU,Jui

-:{ Rezistorul

. .

1

..

Segmentele

.EM

·,::Rezistenţele

Cadrele

BD.,.BE,

•. .,. ·._ $A, AD ale potenţiometrului

Valoarea

rezistenţei

Materialul

7*

300

140

Constantan Cupru d=O,D5 mm d=0,09m.,m

110

0-25

80-120

450

Constantan d:::::0,12 mm

99

T3

J

n

.Fig. 2.1. Construcţia Iogometrului: a - vedere de anoomblu; b - secţiune longitudinal~şi transversală;

1 - aocă; :fUs; 3 ..;_ magnet permanent; 4 - echilibror; 5, 6 - lagăre; 7 - amortizor; 8 - şmub de .reglaj ; 9 - careasa amortizorului; 10 - cadrul mic; · 11-,..,.,. ,cadrW. mare; 12 - bandă de fixa•re; 13 magnet fix; 14, 15 - tije de fixare; 16 ..;_ capacul carcasei; 11 - ecran; 18 - inel. 2 -

.

~-

,

Întrucît indicatorul nu are· arc pentru crearea cuplului rezistent,· readucerea acului indicator în poziţie iniţială se asigură cu ajutorul unui mic magnet permanent poziţionat corespunzător acestui scop. Construcţia logometrului se poate vedea în fig. 2. 7. Manometrele din seria EM au următoarele caracteristici: domeniul de măsurare O ... 100 şi O ... 1 000 daN/cm2 ; erorile în condiţii normale de funcţionare nu depăşesc +3°/o; curentul consumat nu depăşeşte 0,1 A. Aparatul este folosit ca manometru de petrol (domeniul O... 1 000 daN/cm 2 ) şi ca manometru de ulei (domeniul O ... 100 daN/cm 2 ) [33, 39].

~OMFJI'KU CU TRADUCT~~!~C;.~ -;~~~'0 Traductoarele potenţiometrice avînd contact mobil cu cursor nu preo fiabilitate corespunzătoare. Din acest motiv sînt mai indicate traductoarele de tip inductiv care pot funcţiona corect la' temperaturi ridicate şi în condiţii de vib:raţii de frecvenţă pînă la 700 Hz. Pentru a exemplifica principiile constructive se prezintă manometru! inductiv a cărui schemă electrocinematică se poate vedea în fig. 2.8. Elementele ~lastice folosite în acest caz sînt membranele ondulate, dacă presiunile se găsesc în domeniul O ... 1 000 daN/cm2 şi capsulele manometrice rigide, în domeniul O ... 3 000 daN jcm 2 [33, 39]. Deformatia elementului elastic este transmisă la armătura traductoruluf induch~, de :tîp difer?nţial realizîndu-se. variaţia intrefierurilor 8 1 şi 8 2 • Corespunzător variază şi inductivităţile L 1 ş.i L 2 ale celor două bobine cu .miez de fier care sînt conectate în două laturi adiacente ale unei punţi cu semidiagonală. Traductorul fiind de curent alternativ, pentru a se putea utiliza ca indicator un logometru m·agnetoelectric, semnalele obţinut2 de la traductor se· redresează cu diodele D 1 şi D 2 • Studiul acestei scheme este puţin îngreuiat din cauza diodelor care sînt elemente neliniare. zintă

Fig. 2.8. Schema manometrului inductiv DIM-T..

Se consideră circuitul echivalent din fig. 2.9, a şi se scrje ecuaţia de tensiuni sub forma: L di +r(i)i- --/2U sin wt, (2.1) dl

101

----~-----------~-----·

unde r{i) R pentru i>O şi r{i)=oo pentru iO -ecuaţia (2.1) admite soluţia: i{t)=

v~:. A

2 e-•l<

+A sin((Ot-
(2.2)

:unde -r:=L/R, clJ=arctg (IJ)L/R), iar (2.3)

tltJ D

R

L

~ u(t) o -!Fig. 2.9. Schema traductorului _indt1ctiv: a - schema

echivalentă;

b -

graficul

funcţiei

i(t).

unde T=2rc/(j) iar trteste timpul pentru care se anulează timpul pentru care: -'~~-\:~ VAe"-tt~ +sin( (j)t-$)=0.

funcţia

i(t) adica

(2.5)

Efectuînd calculele.în {2:4) :f~u1tă:

v2u [ 't' .. ....: .. :- 1 .. -';~· ..••. mtl . -(_ $l_l_ -_ ·'·)_.]· :_·-._-_.·.· :-v_t_u ~. lo= _ ·._._-_·--sm _ n't'_.__ '·'L- r(J)L- --. T {1-e tl/"r)+_-· •.. 1t s_In _ . :·,_ 2 _ ""• _. ..... (2.6)

V2

Dacă se poate considera (j)L»R, atunci t 1-4T şi Jo-4 U jiJ)L. Aşadar traductorul :inductiv considerat poate fi înlocuit cu un traductor potenţiometric echivalent de rezistenţă R='IJ)L/(~ Din acest·punct. de vedere manometru! inductiv este echivalent cu manometru! unificat avînd aceleaşi erori (cel mult +4'0/o) şi acelaşi unghi al scării (120°).

-.J2)..

102

2.5. CALCULUL MANOMETREWR ELECTROMECANICE

Se au în vedere următoarele date iniţiale: limitele de variaţie ale presiunii,. ,eroarea·. admisă, caracteristica elementului sensibil, schema elec-· trică şi tipul aparatului indicator. Prin calcul se determină parametrii constructivi ai transmiţătorului, parametrii electrici ai schem~i de ·măsurare precum şi ai indicatorului. De asemenea este necesar să _se determine caracterul funcţiei cx(p) adică ecuaţia scării. Calculele se fac în următoarea succesiune. a. Se determină parametrii. transmiţăto rului.- Membrana se calculează cu relaţiile (1. 7) '- .. (1.11). Săgeata W a membranei se transformă în miscare de rotatie a cursoru-lui pe potenţiometr:u cu ajutorul mecanisrriub lui din fig~ 2.10. P~ntru deplasări şi unghiuri mici, raportul de transmisie este · k-lb/W = =l 2 l,;/hl~. Valoarea rezistenţei potenţiometrului; Rv se stabileşte din condiţia obţinerii unei sensibilităti maxime a schemei de mă- Fig. 2.10. Schema cinematică surare şi este cuprinsă între 300 şi 1 200 Q. a mecanismului de transmisie. :b1.1ngimea medie a unei spire a potenţiome. . trului se calculează cu relaţia l0 =!2(h+ b), iar diametru! conductorului rezultă din formula: · d ..

·.88/ 4plolb • V 1 ooo'lt~p

(2.7)

riildep este rezistivitatea în Q mm 2 /m. Numărul de spire N al potenţiometrului se obţine , din relaţia N = =lb/d, iar lungimea L a firului se calculează din formula L=RvSf.p, unde S este sectiunea firului în mm2 • , ·o. Intre deplasarea y a. ,I?eriei _(cursorului) pe p<>ţenţiometru şi deformaţia (s~geata) W(p) a:;nem'Pranei ·există relaţia y · kW(p). c. Parametrii scliem~i -de măsurare se stabilesc din condiţia Rv';;;;: ';;;;: Rk1 · Rk 2 (R~ --- rezistenţa bobinelor). d. Unghiul de rotaţie al echipajului mobil se calculează cu· relaţia: ~--

~;

'

'." .,., ••

o " "

·,

C"

•.);.·. ~."

.;• • "

~·-. _•

'

•

~ • --,

"· .':""

·'-;,·-w

O , -

,•

'

'

"

"'

, '

oc.:._-ar~tg(t h cos ~~: t '

1

1

-

• _

--

h

__ ,

~in ~k)· •

(2.8)

în care ik este curentul din bobina k,. iar ~k - unghiul ei de orientare. Această formulă. aplicată la cazul manometrului cu transmisie potenţiometrică (~ 1 =0, ~2 =90°, ~ 3 ==180°; ~ 4 =270°) capătă forma: (2.9)

103

1

iar în cazul mariometrului unificat ea devine: (2.10) Valorile curenţilor care. circulă prin cadrele logometrelor se determină rezolvînd circuitul schemei de măsurare. e. Caracteristica statică a aparatului adică funcţia cx=f{p) se deterriiină rezolvînd sistemul de ecuaţii: rx=fi(z); z~fJy); y~fafp)~

(2.11)

unde z=(i1- i3)/{i2- i4) sau z={i1- i2)/'V3(i1 +i2) în funcţie de schema de Aceste ecuaţii se rezolvă comod prin metode grafice. f. Pentru determinarea parametrilor electrici ai logometrului se admite densitatea de curent J~4 .. , 6 A/mm2 • Lungimea medie a unei spire a bobinelor logometrului (în mm) ..,..-- a căror înălţime este h', lăţime b, avînd rotunjiri de rază r - rezultă din formula lm=2(h' + b + 7t:r).' Rezis-: tenţa unei spire este Rs=~Plm/ A. Din Rk şi Rs se obţine numărul de spire al unei bobine N=Rk/R8 • Secţiunea cadrului logometrului se calcl:llează cu formula Ah=NA' /ku unde A' este secţiunea conductorului cu izolaţie, iar ku=0,7 , .. 0,8 este co~ficientul de umplere. g. Amortizarea se realizează :cu ajutoruLunui pahar de cupru cHindric coaxial cu magnetul permanent mobil. CoefiCientul de amortizare se calculează din relaţia: · măsurare utilizată.

2J

(2.12)

ka= - I n A, la

unde J este momentul de inerţie al echipajului mobil, ta- timpul de amortizare, iar Â. - eroarea relativă datorată frecării în lagăre, de valoare 0,02. ·. . . ":. ' ... · . . ... · . . - . Co'efidentul ka se poate calcula şicu formula p3]: k =

8pB2b2R2y8c ln(-r:I/Z?

a.

2(1+c2 ) • 9 810

[ f.cm.s]

g

·'

(2.13)

unde peste num;;lrul d~.perechi de poli, B - inducţia (în gauss), b - înăl ţimea ·amortizorului · {îh cm), R :r·aza exterioară a amorti~orului; 'Y conductivitatea materialului (m/Q mm 2); -r 1 - pasul polar; l - distanţa între doi poli eo:qsecutivi, iar c=b/"t 1 (v~ şi cap. 4).· Eliminînd pe ka între ultimele două relaţii se poate obţine formula de calcul pentru grosimea o a pereţilor paharului amortizor: -(2.14)

3. MĂSURAREA TEMPERATURILOR

LA BORD

3.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

La bordul aparatelor de zbor este necesar să fie cunoscute: temperatura gazelor evacuate din motoarele turboreactoare sau turbopropulsoare (care poate atinge valori ·pîJ1ă 1~ ~. 500°C), temperatura în camerele de ard~re ale 'aceloraşi tipuride motoare (care poate ajunge pînă la 3 000°C), temperatura uleiului (sau a lichidului de răcire) care are valori pînă la :l!J0°C, temperatura culasei motoarelor cu piston (pînă la 300°'C), temperatura aerului ambiant (în domeniul -60 ... + 60°C) etc. Pentru măsurarea temperaturilor se poate folosi, în principiu, orice fenomen fizic condiţionat în mod univoc de variaţia temperaturii. Aparatele care permit măsurarea temperaturii se numesc termometre. Clasificînd termometrele după principiul de funcţionare se disting: a) termometre dilatometrice, bazate pe fenomenul de dilatare; b). termometre manometrice bazate pe variaţia p~esiuriii gazelor (sau vapririlor) dintr-un volum închis în funcţie de temperatură; c) termometre cu termorezistenţă; d) termometre cu termocupluri; e) termometre de radiaţie (pirometre) etc. La bordul aeronavelor se utilizează aproape în exclusivitate terrnornetrele cu.termorezistenţă şi cele cu terrnocupluri. Totuşi, cu titlu informativ, în tabelul 3.1 sînt precizate succint metodele mai frecvent folosite în tehnică pentru măsurarea temperaturilor. Metode de Tipul termometrului

Termometre . dilatometrice

Tipul elementului sensibil

măsurare

a temperaturii

Schema de principiu

Cu mercur sau cu spirt Cu bimetal

Tabelul 3.1 Domeniu de utilizare, oc

-70 ... +750

~

-60 ... +250

----------~----------

105

Tabelul 3.1 (continuare) Tipul elementului sensibil

Tipul termometrului

~

Cu bară de dilatare ·

---~ -

Cu conductor; Termometre cu rezistenţă

Cu semiconductor

Termometru termoelectric

..

·.~

-270 ... +1 000

C ---A ----)J

Termocuplu

..

-60 ... +900

o .•. +300 '--l-50 ... +400 o ... +300

Cu vapori; Cu gaze; Cu lichide

Termometre manometrice

Domeniu de utilizare. oc

Schema de principiu

Ţertnoe1ecttice

.

·;·.l·

. -;

__:

+ 150

-200 ••.

+ 2 {)00

-~-_•-~~--.

--

-,-200 •.•

1-

----~--~~----~~~~~~------~------~~~~

-----

Termoelectronice

Ţermometr-e

· cu

BolometriiCe

radiaţie

Termistoare

Fotoeleniente cu efect exterior

106

,.: 1_

....---:~;,

~-'~?_ ·_- _ _ -·-_.~

--~:'!-'-.. --

Peste

ooooc

Tabelul 3.1 (continuare) Tipul elementului sensibil

Tipul termometrului

Schema de principiu

Domeuiul de utilizare. °C

:·Fotoelemente cu· efect interior.·

Fotorezistenţă

3.2. TERMOMflTRE CU !.

TERMOaEZISTENŢ.A

3. 2.1. Caracteristicile termorezistoarelor

Această. metodă de măsurare se bazează pe proprietatea ce o au conductoarele şi semiconductoarele de a-şi modifica rezistivitatea p (respectiv rezistenţa R) în funcţie de variaţia temperaturii. Termistoarele sînt amestecuri de materiale semiconductoare din oxizi d~ metale gr~le .agl9m,erate prin .pre~are .în fori!lă ·de. sfere sau discuri cu dimensiunJ de· J .. -~ !) .mrn.' prevă'"" · 7 r--~__:.-.-~--T--...----__,_,r---. zute cu două terniinal.e. Ele au constante. de .• · timp .foarte mici (10 ms), iar caracteristica de· temperatură are forma exponenţială:

R(T)=a exp (b/T),

(3.1)

unde temperatura T se ia in K, iar. a. şi b sînt. eQnstante ce·. depind de natura -~~~ri~Plui:-:utilizat~ Prin derivar-e \se~ ~obţin~ cqeîicientul de variaţie a rezistenţei .cu temperatura: 1

- dl?

. R

dT

Ot= - .

b T2.

--=--J

(3.2)

JoC 100 · · 208 JOD 400 500 600 700 Fig. •3~1: Grafice de variaţie cu tempera..; Jturai a rezistenţei unor materiale. ~~--~~-L--~--L-~~~

care este negativ_ şi cu aproape un o.rdip. de mărime superior coefi-. cientulu1 (X "'cll·m~tal~lor. .. • Ter.morezistenţele .(metalice) sînt ref}lizate din· fier, cupru, nichel sau plati~a }a care dependenţă c1e temper~tur~ . a. rezistenţei electrice reprezentată in fig. 3.1 se poate exprima prin relaţia: · R(AT)=R0 [l+aAT+~(AT)2+ ... ]. (3.3)

107

Dacă termorezistorul este din platină, iar temperatura variază în limitele O ... 650°C caracteristica R(l!T) are forma: R(l1T)=R0 [1 + rxl!T + ~(l1T) 2 ], (3A) unde rx=3,968 ·10-3 grd-1 şi ~=-5,847 ·10-7 grd.-2• În cazul nichelului caracteristica R(l!T) are o formă şi mai complicată. Pentru intervale de temperatură l1T=T-T0 mici se poate considera că funcţia R {l!T) este liniară, sensibilitatea termorezistorului fiind S= dR/d (l1T)=rxR0 • În tabelul 3.2 sînt menţionate cîteva proprietăţi a trei din metalele cele mai utilizate în domeniul termometriei. Tabelul 3.2 Proprietăţi

ale

Rezistivitatea, Metalul

nmm2

Platina Cuprul Nichelul

termorezistenţelor

Coeficientul de .

.

temperatură mediu al rezistenţei în

m

intervalul O ... lOO"C, (grd -

0,0981 0,018 0,12

3,91·10-3 4,2 ·10- 3 6,4 ·10-3

1)

metalice Domeniul de în care se

temperatură utiliZează

Limita

Limita inferioară,

oc

-250 -150 -200

superioară,

oc

1250 180 300

. 3.2,2. e:hemele t~oînetrelo~~~~ La bordul aeronavelor se întîlnesc citeva variante de termometre cu De regulă elementul termosensibil (transmiţătorul) se codin laturile unei punţi de măsurare, celelalte laturi fiind formate din rezistori avînd coeficientul_ de temperatură ieto -_ (manganină). Aparatul indicator este lln logometru + _in8.gnetoelectric cu magnet permanent mobil. Dacă se cere o precizie deosebită sau dacă aparatul este utilizat ca · traductor în dispozitive· de reglare, se preferă metoda de măsurare prin corn pensare Rr r~a~izată . prin .. schema din Fig. 3.2, Schemă de măsurare a rezistenţei cu fig. 3.2. Echilibrarea punţii punţe autoechilibrată: se menţine prin deplasare . . A amplificator; SM - se'rvomotOil'; R; ~ rezis· te 11ţa _etemen

(

\.,_______.~--··--·---

--- ---------------~~-----------

)

(3.5)

\ de :Unde eliminînd -raportul

1

r:);--

- 2

RiR 1 rezultă:

vl

(Ra+Rrm)+

-

- (Ra-Rrm) 2 + RaRTM·

(3.6)

4

Compensarea automată se realizează cu ajutorul sistemului de urmă rire (amplificator A, servomotor SM, dispozitiv de acţionare a cursorului) ataşat la schemă. Funcţionarea aparatului nu este influenţată de variaţict tensiunii de alimentare şi nici de temperatura mediului ambiant. Schemele de măsurare folosite în cazul termometrelor de bord sînt prezentate în fig. 3.3. Raportul curenţilor ce străbat cadrele schemei din fig. 3:3, a are expresia: In= RRk~R 3 R4 +RT(R+Rk+R4) - I,.2 RRk-R4Rţ+Ra(R+Rk+R4)

(

3 .7)

unde s-a considerat R 1 ==R2=R şi Rk1=Rk2 =Rk. Rezistenţa Rr a elementului termosensibil se calculează din condiţia de mihimizare a curentului ce o străbate. Pentru ca în aceasta rezistentă să nu se_ disipe multă caldură trebuie să fie Îndeplinită condiţia: Rr«cl2 • De regulă se ia R 2 /Rr~l0. Rezistenţa R~ se determină din condiţia compensării erorilor de temperatură adică:

R~o= R~. 0[R +R 4(2R+R2 +R4)] R(R5 +RT) 2

Fig.

a -

Intrudt

măsurare folosite în terinometrele zistenţă electrică: punte cu semidiagonală ; b - punte complexă.

3.3. Scheme de

Rr

(3.8)

1

cu re-·

este variabilă, compensarea completă de: temperatură este lui Rr. De obicei condiţia (3.8) este a te111peraturii.

posibilă pentru o ·.singură valoare a satisfăcută în' dm;nenhi,l de măsurare

1Q9

Raportul curenţilor ce cu formula:

străbat

cadrele logometrului din fig. 3.3, b se

calculează

R 1 (R1>R6 +R~;R 6 +Rp-RT(R2 R~;-R 1 Rs)

(3.9)

R 1 R 6R~;-RT(R 1 Rs+R2 R5+R 2 R.~:+R5R~;)

;Se observă ocă structura acestei relaţii este asemănăteare relaţiei (3.7). R~zisteriţele .R3~ · R 4 şi se determină din condiţia compensării complete a erorilor· de temperatură· într-un·punct şi compensarea parţială în.·rest.

.R7

3.2.3.

Construcţia

termometrelor de bord

Printre termometrele cu termorezistentă întîlnite frecvent la bordul aeronavelor se numără termometrul electric unificat TUE [39] cu mai multe variante constructive. El este folosit pentru măsurarea temperaturii uleiului, apei din sistemul de răcire, aerului din meqiul. ambiant etc. Sch_ema electrică a aparatului este ·cea prezentată în fig~ 3.3, b, iar valorile· rezistentelor din schemă sînt date în tabelul 3.3. Constructia transinită torului se p~ate vedea în fig. 3.4. Termorezistorui constă dintr-un fir co~8

7

6

9

/0

•rf-;; ~8~'----~~~~~~~~~ s

termorezistenţă:. 2 - clema; . 3 capătul elementului ter:mosensiblll; 4, 1 - suporţi izolanţi .din mică; 5 - placă metalică de transmisie a căildurti; 6 - cilindru prOitector; 8 - piesă de ooDJtact; 9 - cap de fixare; 10 - priză.

Fig. 3.4.

1 -

rezistenţă .adiţională

Transmiţător

1

2

J

din

cu

manganină;

Tabelul 3.3

Valorile Rezistorul

R1 Rg Ra R4 Rs

110

rezistenţelor

Rez:r-nţa·l· 700 665 80

25 13

din schema termometrului TUE

Materialul

Manganină

Cupru"

Mani~nină

Rezistortil

Rs

R, Rs Tt T2

R~tenta.l 82 60 100 280±10 220±10

Materialul

Manganină

Cupru Manganină

Cupru Cupru

Tabelul ·3.4 Variaţia rezistenţei

traductorului cu temperatura ..

Rezistenţa .Q

-70

.:.._60. ...-.50 .·

-40 -30

--20.

-io·o

10 20 30

68,2 70,90 7J,70

Temperatura, ("C)

~

-~

Rezistenţa .Q

104,70 108,65 n2,u2 116,80 121,06 125,40 129,80 ·t34,25 ·14340

97,2()

40 50 60 70 80 90 100 110 120 . 130

100,90

150

f53,10

76,~0

79,80 -~83;00.

86,40 9Q,10 93,60

Fig. 3.5: Indicatorul termom.etrului cu

l,i8:2o

rezistenţă:

1. :- amortiZor;· 2 - magnet permanent mobil; 3 -:- bobina interiol;lră;. 4 - magnet permanent 'de readucere .la zero; 5_, - ac indicator; 6 ...- lagăr; 7 - s.uport .de fixare; . 8 - ecran magnetic; ._ 9 . - axa sistemului mobil; 10 - bobina exterioară; 11 - fus.

tll

-

-------~---------

ductor de nichel avînd diametru! de 0,05 mm bobinat pe un suport izolator. Pentru a-1 proteja împotriva unor acţiuni mecanice, rezistorul este introdus într-un tub de oţel inoxidabil avînd un capăt închis, iar la celă lalt este prevăzut cu up tronson filetat pentru fixare etanşă şi priza de legătură la schema electrică. Pentru micşorarea inerţiei termice sînt luate măsuri constructive speciale care asigură transmisia rapidă a căldurii de la pereţii cilindrului la termorezistor. Variaţia rezistenţei elementului termosensibil în funcţie de temperatură este dată în tabelul 3.4. Indicatorul este tin logometru magnetoelectric (fig. 3.5) cu două cadre fixe dispuse sub un unghi de 120°, asemănător celui folosit la manometre. Pentru readucerea acului indicator la poziţia de ~ero se prevede, un magnet permanent fix, iar protecţia logometrului la acţiunea cîmpurilor magnetice exterioare se realizează de către ecranul 8 (din permaloi), care constituie totodată şi circuit magnetic pentru fluxul produs de bobine: Rezistenţele R 3,, [l 4 şi R 7 executate din conductor de cupru au rolul de a asigura compensarea erorilor de temperatură.

~orile termometrelor cu termorezistenţă Erorile principale ale termometrelor'cu

rezistenţă

sînt

următoarele:

a ~ eroarea metodică datorată încălzirii elementului termosensibil de că tre curentul ce trece prin el; b - erorile instrumentale de temperatură variaţia st~rii termice a rezistoarelof din schemă datorită schimbării temp~raţurii niediuţui a,m})iant; c ._:_ eto.rHe f!~bduse de cîmpu-

produse de

rile electrice şi magn~ti~?Jexţ~~~qare.;; d,· ~erorile dEf:~freeare, de scară etc. Cea mai mare pondere revine· erorii· produse ·de variaţia rezistenţei cadrelor cu temperatura mediului ambiant. l11dicatorul fiind de tip logometric, variaţia tensiunii de alimentare nu âre d influenţăimportantă asupra preciziei aparatului. Prezintă interes e·rorile termometrului cu indicator logometric produse de caracteristica. sc~rii QJ F(h 1/1k 2). Dacă ~e iinPUnE o caracteristică liniară trebuie să existe ~laţia cp=hi/h2 , expresie care,, dacă se ţine seama de (3. 7), devine: ·· c:p = RRk-R 3 R 4 +RT(RJc+R4+RJ ,.· RRk-R4R 5 +R 3 (Rk+R~+R)

Rezistenţele

R4

şi Rk variază

cu temperatura

(3.10) .

adică:

(3.11)

Mai trebuie Sf)us:·că variaţia·ÂT de temperatură nu este- con_stantă ci poate lua orice valori intre olimH;ăl minimă t/tm şi o iimită maximă ÂTM· Co112

\

respu\lzător şi indicaţia aparatului cp va lua eroar~a relatiyă poate fi exprimată prin:·· · S= (JJ.~~-I~
cpM

= 1-

valorile
RRkm-RaR4m+Rp(Rkm+R4m+R)

Q>M,

iar

·!

RRkm-R5R4m+Ra(Rkm+R
(3.12)

RRkM-RaR4M+Rp(RkM+R4M+R)

unde RkM=Rk0(1+cx 1D.TM); 'Rkm=Rko(1+cx 1 ~Tm) etc. Dacă se notează RkM_:_Rkm=Rkocx 1 (AT~!:l.Tm) .·· RkoCX1~T =R 40 cx 2 ÂT expresia (3.12) poate fi scrisă sub forma: CPM-cpm

Bt

. B2

cpM

AI

A2

şi R4~R4m=

e=·--=---,

(3.13)

unde A 1, A 2 , B 1, B 2 se exprimă în funcţie de rezistenţele din schemă. Se observă că erorile se anulează dacă BtfA 1 =B2 /A 2 • Din această pondiţie se poate calcula rezistep.ţa de compensare a ero:fllor de temperatură.

3.3. TERMOMETRE CU TERMOCUPLURI

3 .3.1. Caracteristicile. termoelewe11t~lor bacă; ;punctul de sudură sau de contact dintre două conductoare din aliaje·diferite este plasat la o temperatură T diferită de temperatura T0 a capetelor libere, numite reci deoareoe, de regulă, T>T0 , intre capetele libere apare o t.e.m. (efect Seebeck) de valoare .Er dependentă de diferenţa de temperatură ~T=T-T0 printr-o relaţie de forma: Er-a~T+b(D.T) 2 +c(ÂT) 3 +...

(3.14) unde a, b, c, ... sînt constante de mat~rial.. Pentru unele ;terrnocvpluri t~e.m.··s-e· poate :e:;prima printr-o relaţie mai simplă, Er-k~T, constanta -k depinzînd de natura termocuplului. Unele materiale sînt electropozitive, în sensul că au potenţial de electrod pozitiv, iar altele sînt electronegative (v. tabelul 3.5). in aviaţie cele Tabelul 3.5

Date asupra unor materiale termoelectrice ·Materialul

Constantan (Cu .550/0, Ni 450/o) Nichel Ni Platină Pt Platinrhodiu {900/0 Ft, 100/0 Rh) Cuprul Cu Fierul Fe Nichel-Crom {850fo Ni, 100fo Cr, adaosuri) 8 - Aparate de bord

l

Potenţialul

de ·electrod pentru

â T=loooc [ro V]

-3,47 ... -3,04 . -1;94. ~- ~ ~1,20

o

.

+0165 +0,12 ... +0,77 +1,87 ... +1,80. +2,20

113

==

mai utilizate termocupluri sînt formate din materialele: cromel-copel, cromel-alumel, cupru-constantan, fier..-copel; .eupru-copel. în tabelul 3.6 sînt date caracteristicile ET(ÂT) pentru cîteva termocupluri. Se remarcă faptul că în cazul termocuplurilor NiCo-AS (nichel cobalt-alumel special) şi FeNi-CS (fier nichel-copel special) valoarea lui_ ET este foarte mică penTabelul 3.6

Valorile T.E.M. pentru cîteva termocupluri . Tensiunea termoelectroiriotoare in mV Temperatura °C Crotn~-cop~

ioo -

6,95··14;66' 22;91 31,49 40,16 49,02 57,77

200'· 300 '400 500 600 700 800 900

66,'~2

Cromel-aluinel 1

4-10

a:I3

12,21 16,40 20,65 24,91 29,15 33;32' 37,37

NiCo-AS

FeNi-CS

0,00 - 0,00 0,381,6 3,41 5,36 7,39 9,41 11,42

0,40 1,40 . _3,29 6,2810,78 16,29 22,17 28,15 ; 34,23

tru 11T<200°, ceea ce face ca eroarea produsă de va,riaţia temperaturii lipi turii reci (în limitele -60°C ... +60°C) să fie neglijabilă.- In tot cazul principala eroare a acestor termometre se datoreşte variaţiei temperaturii lipiturii reci. Cu excepţia aparatelor care folosesc termocuplurile NiCo-AS, la toate termometrele cu termocuplu se prevede compensarea acestor erori. La bo:rdul aeronavelor termometrele cu , termocupluri se utilizează pentru _ _.~_ăsurarea_; ::tenaperatu.rii:~el~r Ja --ieşirea\ din turbina MTP sau M.TR. precum şi pentru-·măs:u.:r:~ea teniperaţ'Urii culaselor la motoarele cu pHston. Aceste aparate se impun priri simplitatea constructivă, prin liniaritaţea carcteristicii scării şi prin inerţia termică foarte redusă. Date fiind valotne·:rniCi ale tensiunii termoelectromotoare, aparatele indicatoare utilîz~te sînt tţlilivoltmetrele de tip magnetoelectric.

3..3.2.

Construcţia

termometrelor cu· termocupluri

transmiţător care termocuplul (construcţia acestuia fiind adecvată montării lui la locul de măsurare a temperaturii) -şi un indicator de tip magnetoelectric conectate între ele .(v. fig. 3.6). Tensiunea termoelectromotoare ET produsă de termocuplu. d~termină apariţia unui curent electric 1 prin cadrul mobil avînd N spire. Dacă B este inducţia în întrefierul galvanometrului cuplul activ dezvoltat are expresia: ,

In prîncipiu aceste aparate sînt formate dintr.:..un

conţine

M=ANBI==ANB _f!.z_, R 5 +R6

114

(3.15)

\\

.

\

unde.. Er-al1T+b(l1T)2, ~-rT+Rc în care TT, Re şi Rg sînt rezistenţele termocuplului, conductoarelor de legătură. . respectiv a galy(lnometrului, iar A este aria suprafeţei unei,spire. Tensiurie
Fig. 3.6. Termometru cu termocuplu: 1 -

tennocuplu; 2 - schema electrică de măsurare; 3 vanometru; 4 - arc spiral.

gal-

cisă,

respectiv să se stabilească prin aparat un curent suficient de mare, este necesar ca R 5 <n~r se obţine caracteristica aparatului: _ 3

ANB Ep(dT) Ebh ------..::....:....---:..' cr= ·.-·--, 12L

(3.16)

2C;-(rT+ Re+ Rg)

cărei neliniaritate ditionată numai de

a

este concaracte-:ristica termoc:u:pluJui ~T(*T)· Caract~rţsţ~W.' . ~p~~1;tţJ,j1L in regim €liil~~ic estej)rezen_tată sintetic ' in tabelul L15. Funcţia · de .. amortizor este uneori .-ît)de:tpllnită· cl1iar .. de~ suportul cadf:uliii mobil car~ se face •dititr.:.o placă- de: eu.-. pru sall aluminiu. Dintre ape1ratele de acest Fig. 3.7 Schema termometrului cu termo.cuplu. tip întîlnite , îr( ~via_ţie ·.··se . menţionea~ă termometrele pentru măsurarea temperaturii culasei la motoarele bu piston· şi a gazelor arse evacuate din turbina ~otoarelor cu turbină cu 'gaze. In fig. 3.7 este prezentată schema electrică a termometrelor din ultiriui categorie. Aparatul constă dintr..:.un grup de patru ter115

• •

•

• •

•

.f.

1/

5 6

g

10

-~,~~

Fig. 3.8. Constructia transmitătorului cu ter'mocuplu: · 1 - termo~~plu_I; 2 - tub din material ceramic ; 3 tub Cilindnc protector; 4 - corpul transmită torului; s - piUliţă; 6 - tub elastic ; 7 - orificiu (d=3 mm) ; orificiu de ieşire (d=0,8 mm) ; 9, 10 bome; 11 - piuliţă filetată de fixare-

10

12 13

Fig. 3~9 .. Secţiune_prin indicatorul termometrului de gaze 2TVG-411: 1 - magnet; 2 .....;. circuit magnetic; 3 .:_ miez; 4 - pLesă ,polară; 5 - cad:ru; 6 axă; 7, 8 - arcuri spirale; 9 - consolă; 10 - ac indicator; 11 - suport de fixare; 12 - cadran; l3.- ecnan; 14 capac; 15 - carcasă; 16 - buion; 17 ·- capac; 1.8 - portcontacte; 19 - . termoTezistenţă; 20 - inel.

~?!

/

r~~----~--~~-

1

.

.

~----------------~-~

'

1

·1

1

L--L~--

-~

~lj

\

$ r

-·- -1

1 1

1 1 1

1 ' Reglefo

1

:Regie/ci

1 1 1 1

1 1

1

l-''

_j

Spr-e

L- - - ;....._· __ - - - - - -·---- ~·.------ - - - - - - - - - - - - _ j

termocuplu

Fig. 3.10. Schema funcţională a termom.etrului cu punte' autoechilibrată 2IA-6.

::;;e~;._"'

.

·a

Spre fţţfTIQepplu

mocupluri înseriate, aparatul indicator şi cablurile de legătură. Termocuplurile fiind de tip NiCo-AS (tabelul 3.6), aparatul nu necesită compensare de temperatură. Cele patru termocupluri sînt montate separat în cîte un suport cilindrfc prevăzut cu piuliţă de fixare şi cu racord pentru conexiuni electrice-(fig. 3.8). Acestea se introduc prin patru orificii (dispuse ·după ·două-· diametre perpendiculare) în tubul de reacţie la aceeaşi distanţă în spatele turbinei. Se măsoară astfel o valoare mediată a temperaturii gazelor evacuate. Aparatul permite· măsurarea temperaturii gazelor în domeniul 300 ... 900°C _cu erori ce nu depăşesc + 20°C. Construcţiaindicaţorului este prezentată în fig. 3.9. Pe unele aeronave (IL-62, TU~I54 etc.) pentru măsurarea tensiunii termoelectromotoare produsă· de.-- termocupluri se utilizează termometre cu .schema· de măsurare în punte autoechilibrată (cu compensarea automată a tensiunii termoelectromotoare). Este vorba de termometrele de .tip 2IA-6 (2IA-7) a căror schemă funcţională se prezintă în fig. 3.10. De data aceasta ·se utilizează un număr. mare de termocupluri (din aliaje de cromel-alumel conectate iri paralel) situate în două zone distincte ale motorului (înainte şi respectiv după turbină). Din acest motiv indicatorul este dublu. Limitele de măsurare· sînt cuprinse între zero şii 1200°C, iar gama temperaturilor de lucru este cuprinsă între 300 şi 1000°C.

3.3.3. Erorile termometrelor cu -termocupluri · Dintre erorile mai importante ale acestor aparate se menţionează: - erorile metodice datorate variaţiei temperaturii lipiturîi reci, asupra căror s-au făcut unele precizări; . _ ..... . - erorile datorate _existenţei tensiuni1or_:.t.~·1TI· paF(;lzite (de contact) care apar îrt punctele,,dec;co:p.eţiU.~e.a ..termocuplulu.i cu· conrluctoarele de legătură; · · · -- · .. -· -'- erorile datorate· influenţei cîmpurilor magnetice exterioare; - erorile instrumentale de temperatură ce apar datorită variaţiei parametrilor electrici şi mecanici ai indicatorului la schimbarea temperaturii mediului ambiant. Compensarea erorilor metodice de temperatură se asigură în unele termometre cu· ajutorul unukcompensator cu -bimetal, -iar în altele alegînd convenabil· materialele termocuplului. Folosirea -ecranelo!!cîn . indicator înl~tură inflt1enţa cîmpurilor magnetice exterioare. Se analizează mai detaliat erori.}e instrumentale de temperatură., acest scop se consideră că ET(ll.T)=:a(T~T0); unde T 0 =0°C, ceea ce presupune că· eroarea metodică este compensată. Se notează R=Ra+Rc+rT ur1de Ra este rezi-stenţa arcurilor. Dacă temperatura variază între valoarea minimă T m şr valoarea maximă T.M, corespunzător şi R va lua valori cuprins~ între o limită minimă Rm şi () îimită maximă RM. Nu este posibilă compensarea acestei variaţii căci rezistenţele menţionate se găsesc-la teniperaturi diferite. Mărimile

În

118

B, E, b, h, L prin:

şi

funcţie

Rg, în

de temperatura· mediului ambiant AT 11 se

exprimă

B=B 0 (1~->yflT 1 ); E~E0 (1--DÂT 1 );

Rg=Rg0 (1+r:x.llT1) (3.17)

Substituind aceste expresii în formula (3.16) în care se presupune

că

Er==allT rezultă: (3.18)

unde o este coeficientul de temperatură al aparatului, iar cp 0 este deviaindicatorului corespunzătoare lui . ÂT1=0. Din (3.18) se observă că pentru compensarea erorilor de temperatură este suficient .ca. 9· . O.:; Dacă se ~1~ . Jl1aterialele,circuiţului magnet~c .şi -arc:urile .astfel încît ~~~., _..,I"'.J-o, . şi ~r-.:,0,,. rămîne să se :îrţdeplJ~ească şi condiţia r:x.---:-0. în a~kscop se poate conecta în serie cu cadrul galvano~ metrului p rezţstenţă R 1 cu coeficient de temperatură ·r:x. 1 ~n~gati:y. Jntr-adevăr dacă R 1 =R10 (1---...r:x. 1 ÂT1 ) atunci rezistenţa circuitului galvanometrului este: · ţia

Rg + R 1 =Rg0 (1 +«Â T1 )

+ R 10 (1-r:x.1 ÂT 1) = (3.19)

.

.

.

dacă est~ Pl:depli:qiţ~ ,~~)Iiq}ţi~ 'r:x.Rg0-r:x.1R 10 ·O eroarea de temperatură examinată este" compJe'f. cân)pensată:

o· altă cale d'e realizare a conditiei o=O constă în introducerea în se:... rie cu cadrul a unei rezistenţe de neutralizareRrJ=RnO(l-r:x.nllT1).' Se poate scrie: D Lt.n

+R =(R +R nO

g

gO

)[l+

(cx.Ruo-cx.nRno)ll.TI R +R gO

]r

(3.20)

nO

iar în condiţia de _compenşare a influenţei ţemper;:1tttr:ii se 'introduc~ coefidentul de temperâfură~mvalerif·uxn~· (a:~2G} a~tf'ei că rezultă: . :?<.: . "-. ' "'• - -- ' .--~~:_~_

~~- -~-

~

..__ ~ . ·. 3Q ' •. cx.RgO~cx.nRno 0-o"'""'"'"""'Y- ·t--•

(3.21)

Ruo+Rno

- -~.. --

-~~

--~--------------------

se -

De aici -obţine valoarea rezistenţei de neutralizare Rno care realizează compensarea compl~tă a influenţei temperaturii. Pe de altă parte trebuie avut în vedere că Rm ~ R ~ RM. Abaterea lui R de. la valoarea medie -Ro este. exprimată cu ajutorul dis persiei oi = · M{ (R""'-:"R0) 2 }·· Prin urmare R-·. R0 -ŢoR, iar conform cu (3.16) _se obţine: ANBoET(ll.T) ( 1 +ocp), 2Co(Ruo+Ro)

(3.22)

esţe eroarea· medie pătratică rezistenţa galvanometrului Rgo

a apar~tului care se ia mare. în com-

ANB0 ET(ll.T)

a= 2C0(Ruo+R} unde ocp=oR/(Rg0 +R0) poate· fi micşorată dacă ·pataţi~ · cu R 0 •

·

119

3.3.4 . -Calculul termometrelor cu termocupluri Ca date iniţiale de proiectare se consideră domeniul de variaţie a temperaturii de măsurat, erorile admise şi lungimea conductoarelor de legătură între indicator şi termocuplu. Calculele se fac în mai multe etape. Etapa 1. Se alege termocuplul astfel încît :să rezulte o caracteristică ET(âT) cît mai liniară.

p e~te rezistivitatea la T~=;2Q € (pcu=0,0175 Qmm 2/m, Pcromel~ .· O, 7 Qrnfri.2/m, 9covez=<>,49 Qmm21/m), cx. --. coeficientul de temperatură. la T() . 20°C (cx·cu. 0,04; CXcromez=0,005; CXalumel=O,OOl 1/°C), L este lungimea conductoarelor de legătură (în m), iar A este .aria secţiunii conductorului (în'mm2 ). Rezistenţa receptorului de temperatură are expresia: 0

undef

RT=·p

~ [1'+ cx(T-To)J, A

unde L 1 este lungimea terinocuplului aflată in gazele la temperatura T, p şi cx.- corespund termocuplului (pentru aliajul NiCr se ia p=0,319 ... 0,291 Qmm 2/m şi' cx=O,OOl ... 0,00037 lJ/OC, iar p~ntru aliajul AS se consideră p .. 0,3'3 ... 0,35 Qmm2/m şi cx.=O,OOl lfC în domeniul de temperaturi o ... 900°C). · Asemănător &e calculează rezistenţa termoelectrozilor R~iCr şi R~s de la receptor pînă ~a cutia decc:meXil1PL D~ci rezistenţa te:rmpcuplurilor este RT=RNicr+RAs+R~ier+R~s iar rezistenţa circuitului exterior gal-:vanometrului este R=Rc+RT+Rad, unde Rad este o rezistenţă adiţională de acordare. Datorită variaţiei temperaturii ambiante între -60°C şi +50°C precum şi datorită variaţiei temperaturii de măsurat între Tm şi T M, rezistenţa R se modifică între limitele Rm. şi RM, fapt care poate fi evaluaţ cu ajutorul dispersiei O';; , care în cazul acestor aparate nu depăşeşte valoarea 0,01 [Q 2 ]. · Rezistenţa Rgo . a galvan_ometrului se determină din relaţia Rgo_:_ -1CJrRjCJcp -R0 cu îndeplinirea condiţiei Rgo> Ro unde prin Rgo se înţelege suma dintre rezistenţa cadrului galvanometrului, rezistenţa adiţională şi rezistenţa de compensare termică. Etapa 3. Se calculează circuitu siunile acestuia se â1eg as el încît cientului: dm

Sa

Sm

La

k M=-•-•

unde cxm. _ şi s;,. sînt lungimea desfăşurată şi aria seţţiunii magnetului, iar La şi Sa - lungimea şi secţiunea întrefierului. Spre exemplu pentru oţel

126

aliat cu crom şi wolfram acesta se ia kM=300, pentru oţel aliat cu cobalt şi crom kM=lOO etc. Dacă r, l şi b sînt dimensiunile cadrului galvanometrului, pe cale experimentală s-a stabilit că l/r=1,3 .. . 1,5, iar unghiul scării aparatului este c.p?;:. c.pM+ bfr. Din aceste relaţii, fiind impus unghiul c.p şi lăţimea ba cadrului, se pot calcula dimensiunile l şir. Etapa 4. Se calculează echipajul mobil ţinînd seama că lungimea unei spire · este l8 =~2(2r +la) unde la şi 2r_ reprezintă lungimea părţilor active şi neactive a unei spire a cadrului. Numărul de spire se calculează cu formula [33}

unde 'Y este greutatea specifică a bobinei cadrului, p - rezistivitatea şi G - greutatea izolaţiei cadrului. Lungimea conductorului este L=Nl., iar secţiunea conductorului se obţine din S .pL}lf-b unde Rh este rezistenţa cadrului. Secţiunea unei laturi a cadrului este q~NS/ku, unde ku= =0,7 ... 0,8 este coeficientul de umplere. Valoarea lui q este limitată de tntrefierul La care nu poate depăşi 3 ... 4 mm. , Cuplul activ al aparatului este dat de relaţia (3.15), iar euphţl rezistent corespunzător unghiului maxim al scării, cpM este Mr=CcpM. Dacă se ţine seama de expresia rigidităţii Cr şi punînd condiţia M=Mr se obţine formula de calcul pentru grosimea arcului h. Lungimea La şi numărul N a de spire ale arcului se calculează .cu rela ţipe:

unde r m şi rM reprezintă ţ;ea mai mică şi respectiv cea mai mare rază a arcului ·spiraL ·

4. MĂSURAREA TURAJIEI LA BORD·

4.1. CONSII)ERAŢU GENERALE . Aparatele de qord care măsoară· viteza de rotaţie a arborelui motorunumesc tahometre. Există numeroase traductoare care convertesc turaţia îptr-o mărime mai bine adaptată măsurării. In tabelul 4.1 sînt prezentate sintetic principalele metode de măsurare a turaţiei. La bordul aeronavelor se utilizează··. următoarele tipuri de tahoi.netre: magnetoinductive ·şi electrice (de c.c; şi· de ·c.a;). Erorile· de măsurare nu trebuie să depăşească +1o;& în cazul tahometrelor pentru motoarele cu piston şi +0,30/0 pentru tahometrele destinate motoarelor cu turbină cu gaze. Informaţiile priVind turaţia permit aprecierea puterii pe care o dezvoltă sistemele de propulsie (care nu se măsoară direct). a. Metodele mecanice de măsurare (centrifugală, cu fricţ~une, cu vibraţii~ etc.) nu sîp._t adecvate utilizării la bord ca tahometre~ ( b. Metoda ~gnetoituluctiviî cu curenţi turbionari are o largă utilizare la bord. Ea se bazează pe interacţiunea dintre curenţii turbionari induşi într-un pahar sau disc din aluminiu sau cupru şi cîmpul· învîrti tor obţinut prin rotirea unui magnet permanent multipolar. Cuplul activ M produce răsucirea unui arc elicoidal cu un unghi
122

Tabelul 4.1

Metode de

măsurare a

vitezei de

rotaţie

Efementul sensibil -

Metoda de

Schema de principiu

măsurare

Tipul

Varianta

2

3

1

4

Cu greutăţi

----

'\Nf\

Cu inel inclinat

~a~

·· \ .• de ceasornic

·.··~ ,;(()

Metode mecan:ic~

Cu

rezonarrţă._

mecanică

Cu

/

ef~ct

de viscozitate

Magnetoinductivă

Tradtţctor

cu

curenţi

de inducţie turbionari

123

Tabelul 4.1 (continuare) 2

1

3

r~~~~

i

~----

;Taho->-

'r\generator,

,,

Metode electrice

-----------------

contin u

\

d:3ent attern tiv

\ '

'----------------

-

~-----~~ lsl

_r-

~"-electrice

--

4

((B

-----

l SJ

s

Stroboscopice

Fotoelectrice

w~7(ttJ

Metode optice

d. Metodele optice ati la bază folosirea unor impulsuri obţinute pe optică. Ocvariantă a metodei; o reprezintă traductoarele tahometrice fotoelectrice.<~eare cu ajutorul unui disc -rota
4.2. TAHOMETRE MAGNETOINDUCTIVE

@Teoria tahometrului magnetoinductiv Tahometru! magnetoinductiv cuprinde un magne-t permanent cu p perechi de poli pus în mişcare cu turaţia ·n de măsurat şi un pahar sau

124

disc din aluminiu (sau cupru) plasate una

a

faţă

de alta ca în fig.

4~1,

a şi b.

Mişcarea de rotaţie-

determinarea acestei caracteristici- se desfă paharului sub forma unei benzi continue

b

a Fig. 4.1. Tahometru manetoinductiv: a -

cu p.ab.ar; b - cu disc; 1 - magnet permanent rotitor; 2 - pahar sau dis-c de aluminiu- (sau cupru) ; 3 - şunt termOtrnagnetic; 4 - disc de montaj. (din. :fier) a magneţilor avînd şi rol de circuit magnetic.

(fig, 4.2) pe care sînt reprezent~,ţi::(!1Jr~nţH turbionari induşi de polii magnetului roti tor. Se separă d. fîşie de material de lăţime dx (de grosime 8) afla.tă la distanţa x de marginea unui pol nord N al magnetului rotitor.

//-:-~---~

/ .

/

-

r!l

b Fig. 4.2. Reprezentarea ii ;:.,;;,.-în

Datorită -rotaţiei eU:

pereţii

schematiCă

a

paharului; b -

curenţilor induşi:

în disc.

viteza periferiCă V · ·wD/2 în :această fîşie se induce

t;e.m.:

. el=Bl-V== BlDw ~~; -

unde B este inducţia diametrul paharului.

magnetică

2

în întrefier, l

"o

~

lungimea polului

(4.1) şi D -

125

P-!-.....-....--...------------.,..--'--------- ---

------

P L

_ --

~---

r E- o1f e-

-~ ) f

)r\ -6 J~ t-\~ =- -

d

=- - -.-"

at

; Sf"

• __ -- _ r\ 'r d6- -~

~

'-

E

J Q =- -) \ -

./'

,

;::-;_ Jr- -

\

c)'G

~- _-;;;

_r.~-r \G

"'

'

ri f

~ -~

'-- ~

:.-5-

-:-

dA

j

-

r

r;,....

_C\ ;::: J- -

\ ~ rr _ _/ ~-=-

=-- -_ j

f.l_2

.71 -

d

) ~ ~-=o (6ck) ct \r A _

r

r.) x

v

Sr · Simultan polulr sud pereche S induce în fîşia omologă celei considerate o t.e.m~ e 2 e1 • Cele două t.e.m. produc în circuitul elementar format de fîşii,, avînd. conductanţa elementară dG, curentul elementar di=2e 1dG, care cu (4.1) devine: di BlfudG. (4.2)

Pentru determinarea curentului i din toate circuitele elementare counei perechi de poli se calculează integrala:

respunzătoare

b/2

b/2

n;::

i= ~ di · Blfu ~ dG= o

(4.3)

(J), _

o

Re

este rezistenţa {inversa conductanţei) spirei în scurtcircuit con· Forţa de interacţiune corespunzătoare unei perechi de poli este F= =2·Bli, iar cuplul activ care antrenează paharul, corespunzător celor p perechi de poli are expresia: · · unde

siderată.

M=

2p(BlD)

Re

2

(J)=

2p
2

(4.4)

(1).

Re

.

Avîncfîli _vedere cuplulrezisteiit-M, C,Ep'"şi punind cQnellţia de echilibru M~M, se obţine caracteristica statică (ecuaţia scării): . (4.5)

unde C, este rigiditatea arcului spiral iar e·ste fluxul magnetic. La explici tarea expresiei lui Re- se ţine seama ca lungimea unei spire elementare _este lc=2(a+l+_7tţ}, iar şecţi1111eş.~ h,ţjx .. tn· C9n.secinJ~~- · --· .· • dA:''•~"-·; '}: d~~: âG= __:.._= · •·

de unde prin integrare

plc

·-~

-~,.

(4.6)

2p(a+l+7tx)

rezultă:

8 [ l+ ----,7tb ] s -In

27tp

(4.7)

2(a+l)

:Notînd cu P logaritmul din (4.7), care este o. mărime adi:Înensionaiă ce depinde de geometri(:l pieselor consider~te, se poate·scrie:_ (4.8) Dacă se ţine· seam.a de expresia_. lui C, din tabelul 1.1 (4.8) caracteristica (4.5) devine: . 1

= .12pL(BlD) 8POJ_ =Ky

3

2

şi

de

~Ro

dit1 (4.9)

3

unde cu K s-au notat parametrii ce nu depind de temperatura mediufui ~ ambiant.

i26

Studiul variantei constructive din fig. 4.1, b se face cu aceeaşi me-

todă, · diferind doar forma circuitelor elementare considerate şi limitele

de integrare. La acest tip de· tahometru, sistemul magnetic este format din şase perechi de magneţi cilindrici fixaţi prin două discuri din fier pe a:x:a de rotaţie. In întrefierul format de aceşti poli este plasat discul în care se induc curenţii turbionari (v. fig. 4.2, b). Caracteristica statică are . tot forma (4.5) dar cu precizarea că D=2r0 este diametru! centrelor magneţilor. Pentru calcule, în acest caz; se poate utiliza caracteristica statică sub forma

Caracteristica dinamică a .tahometrului se obţine considerînd funcţiile de transfer ale elementelor componente. Pentru deducerea lor se pleacă de la principiul de .funcţiQnare al fiecărui coinponent. Trebuie avut în vedere faptul că circuitul prin care se stabileşte curentul i prezintă nu numai rezistenţa Re ci· şi inductanţa Le astfel:

. L

di

(4.11)

2el= Rct+ c - ' . dt

de unde, în

formă. operaţională rezultă: '~c/'ptD 1 ". ..

/. Rc(T 1s+1)

Forţa

de

oo(sl. ·

(4.12)

.interacţiune

va fi .F(s}=2B l i(s), iar cuplul actiY corespunzător celor p perechi de poli devine: (4.13)

Pe axul de ieşire îl} afară de M(s) şi 1\!,.(s) acţionează şi un cuplu de a~ortizare ~Pr~u~ 4~,~Jli:~di,şpozitiv identic C~~ qel ce a: prqdu,.s cu~l~l ~c tlv M, cu>Q.eoşebtr~ca.In acest caz magneţn permanenţi s1nt fiCŞI, 1ar discul se· roteşt~ viteza-~· Deci· form·a funcţiei de transfer este identică cu (4.13) adică:

ci/

(4.14)

ApliCînd ecuaţia fundamentală a acţionării electrice Jq;(s)-·M(s)-M"(s)".-....Ma(s) şi avînd in veder~ schema funcţională din fig. 4.3 rezultă: (4.15)

127

de unde se obţine funcţia de transfer a aparatului: Y(s)::::::;-
·.

(4.16)

A 1 (T2 s+1)

w (s) . (T 1s+1) [JTaS3 +Js2+(A 2 +CrT 2) s+Gr]

în calcule aproximative constantele de timp T 1 şi T 2 se pot considera mici, deci se pot neglija. -La deducerea relaţiei (4.16) nu s-a ţinut seama de relaţiile dinamice introduse de sisteritul de transmisie la distanţă a '!'(s)

rlJ 1

~A-,\

1

Fig. 4.3. Schema

a tahometrului magnetou · inductiv.

functională

rotaţiei de la axul de intrare, la cel 'de ieşire. ln cazul tahometrelor de aviaţie de acest tip, transmisia rotaţiei de măsurat de la arborele motorului şi pînă la locul de fixare al ihdicatorului·j)e tabloul de bord· se realizează cu ajutorul unui grup tahogenerator de c.a. - motor sincron (cu pornire în asincron) care reprezintă o transmisie sincronă la distanţă (fig. 4.4). Se remarcă prezenţa amortizorului de formă identică cu dispo-

zitivul

magpetoinductiv~

Fig. 4.4. Tahometru magnetoinductiv cu transmisie sincronă la distanţă:

înţăŞural'e sta,~rică ; 2 -:- inductor din magnet permanent; 3 rotorul motorului sincron (magnet permanent) ; 4 - înfăşurare statorică a motorului; 5 - rotor pentru ;pornire în .a.sindron; 6 - ma.gneţi permanenţi cilinct.rici ;

1 -

7 -

10 -

128

disc din aluminiu. (cupru); 8 :-- arc spiral; 9 - ·discul amortizorului; magneţi permanenţi (ficşi) ai amortizorului; 11 ac in,dicator; 12 - cadran; 13 - tah:ogeneratoc; 14 - indicatorul tahometrului.

/c::::~· ~. 4.2~.

Erorile· tahometrelor magnetoinductive

Erorile principale ale tahbmetrelor inductive sînt provocate de intemperaturii mediului ambiant asupra componentelor aparatului. Astfel, cUJ temperatura, se modifică conductivitatea 'Y a materialului discului' (paharului), fluxul

{4.17)

unde K 0 înglobează mărimile care nu depind de temperatură. Prin urmare, coeficientul de temperatură echivalent al aparatului este: U=S-tJ.-30t-2~.

{4.18)

<--------

Practic se pot utiliza două metode de compensare a erorilor- de temO primă metodă constă în alegerea ·materialului din care se confecţionează discul {paharul) astfel încît 1-1 > s-3et-,2~. In acest scop se utilizează un şunt magnetic a cărui permeabilitate scade cu creşterea temperatur.ii, astfel încît eventual să se. obţină u~=O~ O altă metodă constă în alegerea. materialului discului {tJ.) astfel încît să rezulte u=O sau foarte mic, .celelalte materiale fiind date prin coeficienţii. s, et şi -~. Convenabil este să_ se aleagă un materiaL cu conductivitate y maximă căci cuplul activ este proporţional cu 'Y· Mai trebuie menţionate şi erorile produse de influenţa factorilor perturbatori de natură mecanică {frecări în lagăre, descentrări, îmbătrînirea arcului etc.). peratură.

4.2.3,

C9nstrucţia

tahometrelor magnetoinductive

ln aviaţie s:e ·cîntîlnesc frecvent tahorrtetre magnetoinductive de tip TE, 'CU eadrânll.l:etâlo:nat în rotaţii pe minut şi de tipul ITE cu cadranu:t etalonat în procente din turaţia nominală. Unele dint~e aceste aparate au fost modernizate în sensul că s-au ameliorat performanţei~ de folosire prin coborîrea tensiunii tahogeneratoarelor de la 18 ... 20 volţi la 10,5 ... 12,5 volţi. In tabelul 4.2 sînt prezentate cîteva caracteristici ale unor tahometre utilizate la bord. Avînd în vedere că între aceste tipuri de tahometre nu există deosebiri fundamentale, se prezintă doar tahometru! I.T.E..... l. Aparatul se compune aşa cum s-a mai menţionat dintr-o transmisie sin:.. cronă şi un indicator {fig. 4.4). La rîndul ei transmisia sincronă constă dintr-un tahogenerator {de tip DT-lM, DT. . 5·M şi DT-35 care sînt generatoare de c.a. cu inductorul realizat. din magneţi permanenţi cu :doi poli (DT-lM) sau cu patru poli în rest) montat pe motorul de avion şi dintr-un motor sincron cu pornirea în asincron montat în aparatul indicator. 9-

Aparate de bord

129

Fig. 4.5. Secţiune printr-un tahogenerator de c.a.: 1 ro tor de magnet ·permanent; 2 - statoc; 3 - infăŞurarea s:tatorică (indusă) ; 4 - carcasă; 5, 12 - rulpinion de antrenare; 7 - mu:fă de fixare; 8 - montură; 9 - priză; 10 - inel elastic; 11 - bucşă; : 13 - bulon; 14 - montură. ·.

menţi; · 6 -

5

ln fig. 4.5 şi 4.6 sîrit prezentate secţiuni prin două tahogeneratoare de c.a.; iar în fig. 4.7 se poate vedea secţiunea longitudinală prin indicator~ In indicator se disting două sU.bansambluri principale montate în aceeaşi carcasă: motorul sincron şi tahometrul.inductiv· propriu-zis. Motorul sin-

cron are o infăşurare trifazată şi un ro tor format. din· doi. magneţi permanenţi tetrapolari şi o înfăşurare în scurtcircuit pentru pornirea în asincron~

130

Tabelul 4.2;

Caracteristici ale tahometrelor de bord Tipul tahogenerato:rUlui

DT-5M DT-33 DT-6M DT-lM DT-5M DT-5M DT-5M DT-5M DT-6M

~

Tipul tahometrului

TE4-48M TE5-2M TE-15M TE-30M 2TE4-1M 2TE4-2M 2TE5-1M 2TE9-1M 2TE-15-1M

Domeniul de măsurare,

rot/min

500 ... 4000 500 ... 4 000 1 000 ... 15 000 3 000 ... 40 000 500 ... 4 000 500 ... 4000 500 ... 5·000 1000 .• ~ 9 000 l 000 ••.• 15 0'00

Valoarea uneidiviziuni rotjmin

Raportul de transmisie.

50 50 100 500 50 50 50

2/1 2/1 4/1 1/0,164 2/1 2/1 2/1 4/1

50

-

i=nmfnTg

-

Turatia a tahogene,.. ratorului, rot/rnin

maxirriă

2 000 2 500 3 750 6 560 2 000 2000 2500 2 250

-

Pe

axul. rotorului ~sînt fixate cele d.ouă dis:curi cu şas·e · perechi de ~poli. În întrefierul format de aceşti poli est~ plasat,. pe un arbore separaJ, un disc (confecţionat dintr-unj aliaj de all1miniu şi mangan) în care se induc curenţi turbionari. Un arc elicoidaLliriliteaiă unghiul de rotaţie al axului de ieşire. Tot pe acest ax se mai găseşte un; al· doilea disc ce se roteşte între ·u11 sistem de 6 perechi de magneţi permanenţi similar primului.

13

12

Fig; 4.6. 1 6 -

9*

Secţiune

prin tahogeneratoare de tip :DT-lM, DT-5M

şi

DT-33:

rotor (magnet pe:rona,nerut) ; 2 - bucşă; 3 - arboce; 4 - inel elastic ; 5 - garnitură; ru1rnenţi ; 7 - garniltură; 8 -:- sta tor; 9 - c.aroasă; 10. buion; 11 :- bucşă; 12 - membrană de fixare; 13 sabot.

131

Fig. 4;7. Indicatorul tahometrului inductiv:

rot,oc; 4 .- . magnet petmanent; 5 - discul indioatorului; 6 - ansamblul ma.gneţilor permanenţi; 7 - .bază de montaj ; 8 - resort;· 9 - aJmOirtizor magnetic; 10 - .ac inclircatotr; 11 - discul amo,rtizorului; 12 axui acului indicator; 13 - şunt magneti>e termos,ensibill; 14 - resort !>Jp1'ral; 15 - arbore; 16 - rotor pentru pornire in ·asincron; 17 - rOitor pentru funcţiofia,re in sinc.ron (ma>gnet permanent) ; 18 - tnfăşui'Iarea statorică a motorului transmisiei sincrone la distanţă.

1 "'""'""

3 -

Acesta îndeplineşte rolul de amortizor. Cadranul aparatului este etalonat în procente de la O la 105o;0 • Eroarea aparatului în condiţii normale de temperatură nu depăşeşte +0,50/0 • în cazul tahometrului ITE~l la un tahogenerator pot-fi cuplate două indicatoare. Tahometrele de tip 2TE-4-1M, :2TE15-1M etc. au în indicator două aparate distinCte cu două ace indicatoare, fiecare dintre acestea fiind cuplate cu cîte un tahogenerator plasat pe arbori-motor diferiţi. în felul acesta se măsoară turaţia a două motoare folosind un singur indicator, care conţine în fond două aparate complet distincte. 4.3. TAHOMETRE ELECTRICE După cum se observă din tabelul două categorii. principale: de e.c. şi de

neratoare, iar indicatoarele -

4.1 tahometrele electrice sînt de c.a. Transmiţătoarele sînt tahogevoltmetre etalonate în unităţi de turaţie.

4.3.L Tahometre electrice de curent continuu în general construcţia tahometrelor de c.c. este suficient de simplă, iar caracteristica lor statică. este liniară. Tahogeneratorul de curent continuu avînd colector prezintă o fiabilitate redusă. D-e asemenea, indica-turul de tip magnetoelectriG este ,şi el puţin rnbtisti ceea ce face ca acest tahometru··să fie puţin: utilizatta 'bord. AXul tahogeneratorului este. cu-· plat la arborele motorului a cărui turaţie se măsoară. Dacă' se consideră că indicatorul are o rezistenţă electrică foarte mare, practic tahogeneratorul funcţionează în gol, ceea ce face ca tensiunea produsă să fie proporţională eu t1,1raţia: ~ -~

~ : :~ q,~C)n.

(4.19)

C u e evoltat de cadrul mobil al in oa: rului mag.netoelectric fiind :=!BNA, .iar cuplul. r~zistent fiind ~r..:.:...~ la echilibru M=M,

şi deci

· istica § :t.ic.· tă

.

·

devin~:._

Cr

~ ~~--....•.

·-·

~····· ·~-,;~

,

,

(4.20)

RT+~a+Rţ,

Cr ---

.· ~..

.. B"NA--_~---~

= BNAJ

..

.··;.::''....----~-..

...

'

. (J ..

1

.

b

Fig. 4.8. 'IIahometre eleCtrice!~ a -

tahometru electric de c.c.; b - tahomet'ru de curent alternativ cu red.Tesor.

133

unde RT, Ra, -Rg. sînt rezistenţele interioară a tahogeneratorului, adiţio respeetiv a- galvanometrului, iar -B, N şi A sînt iriducţia, numărul de spire şi respectiv aria cadrului (fig. 4.8, a). Dacă se are în vedere expresia (4.19) a lui E se obţine ecuaţia caracteristicii- statice a tahometrului sub forma
4.3.2. Tahometre electrice de curent alternativ După; cum s-a mai menţionat, tahometrele de c.a. au ca transmiţător un tahogenerator de c.a. fie monofazat fie bifazat. în ce priveşte· indicatorul, smt. posjbile mai multe .variante. Astfel dacă tensiunea obţinută seredresează -cu ajutorul unei punţi redresoare, se poate utili~a ca indicator aparat magnetoelectrîc' montat în diagonala punţii (fig. 4.8, b). Desigur rezultă un aparat puţin robust care- are- o arie mai redusă de uti. lizare. Rezultate mai bune se obţin folosind tahogeneratoare bifazate cu indicator de inducţie (v. fig. 4.9). Tensiunile electromotoare e1 şi e 2 induse de rotorul (inductorul) din magnet permanent se aplică la bornele a două bobine cu miez de fier. Curenţii produşi, it, şi i 2 determină apariţia a două fluxuri care fiind variabile· induc·îrirotorul . (discul) din_ aluminiu. tensiunile. e~ şi e ~- cărora le corespund curenţii 'ii şi- i~.-prin masa _.discului şi care prezintă pentru fiecare circuit impedal1ţa Z. Curenţii· r<>torici interacţionează cu fluxurile 1 şi <1> 2 şi produc -cuplul activ M. Amplitudinea t.e.m. ifl:dlisă în înfăşurările tahogeneratorului este:

un

Em= nDZNB n,

(4.21)

60

unde l şi_· N ~înt lungime~ agţt""Ab~k.f1Jl1Il~ul de_ spire ..~- înfăşurării, D ciiametritl rotorului, iar Il...:_'î:ndâcţiâ'tna:x:btiă-·î:ti-întrefi'er~

Fig.

4.~.

Schema tahometrului de c.a. cu indicator de

inducţie.

Dacă se ţine seama de relaţia dintre fre(!venţă şi turaţie f=pn/60, evident indicatorul poate fi c2nstituit dintr-un frecvenţmetru. Revenind la schema din fig. ~.9 se poate scrie: . -_

(4.22)

134

undei

Curenţii

i1

şi

i 2 trecînd

f=1<1> 1M sin (t)t; <1> 2 =<1> 2M sin ((t)t-

e~m=--; ~~, =-:-(a)1M cos {t)t; e~.=şi corespunzător a~estora se ·r

.

Z1 = -

ro;~ -.-. IZJ

stabilesc

d;

2

=-(J)ID 2M cos ((t)t-cp)

curenţii:

. ); z., = - --cos c.)(f>2M . cos ((t)t~ 2 1 .

(4.23)

IZI

f, ,I(U

t

-
(4.24)

unde IZI=v' R 2 +(t)2 L 2, iar cp 1 =arctg((t)L/R) sînt parametrii circuitului echivalent corespunzător discului. · Cuplul activ se poate exprima cu relaţia: (4.25) de unde, dacă se ia ID 1M=
•

.

Cmcp~R sin ~ YR2+w2L2

(4·.26)

(J),

. .

.

.

adică se obţine un cuplu activ proportlo:nal.;clJ pulsaţia ro a t.e.m. indusă, C.E.lre esţe prgporţiQJ1~~ o,u: tu:raţia n atahogeneratorului ({J)=21t/=J7tpnf30). ~alculll.l. tahor:netrelor · constă.. în proiectarea unor micromaşini gene,.. ratoare şi motoare .. De regulă. turaţiile maxime admise pentru tahogene,... ratoarele .comune de e.c. nu depăşesc 2 000 rot/min, iar pentru cele . d~ c.a. îp jur d-e 3 000 rot/min. După cum se vede în tabelul .ţ.2 în cazul. ta-:hogeneratoarelor de c.a. pentru aeronave aceste limite sînt mult depăşit~ admiţîndu-se turaţii pînă la aproape 7 000 rotjmin. Clasa de precizie a acestor aparate este de 1 •.. ).,5o;,. Tahoge:peratqarele cons1liJlă de la ar: hore o putere g.e 1 t ... !)Q waţ!,f~·~:·~qe ...~pg-g}llqţorol,de avion este cu totul neglijaQil~, · ., , ..

s. APA·RATE ŞI SISTEME PENTRU MĂSURAREA CANDTĂTII ŞI DEBITULUI DE COMBUSTIBIL

5.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

Pentru ca zborul aeronavelor să se efectueze în deplină securitate este necesar ca membrii echipajului să cunoască în permanenţă cantitatea de combustibil existentă la bord precum şi eventual debitul de combustibil consumat de către motoarele aeronavei. Aparatele de bord care ~rtnit măsurarea cantităţii (volumului) de combustibil se numesc litro'fli.etre. La bordul aeronavelor se utilizează litrometre pentru· benzină7 pentru petrol şi pentru ulei. Întrucît nu există metode de măsurare directă a acestui parametrU:, se folosesc metode indirecte de măsurare, b~zate pe dependenţa volumului· de combustibil· de un alt parametru mai uşor de lJ1ăsurat; ·-?\~~~ de ,Par~~tri .sil1~. nivelul lichidnlui .din ·rezer~ voare sau ··presiunea:'exercitată~ de coTbana··â:e lichid.· De 'âici. noţiunea de nivelmetru întîlnită ·în ·tehrilcă. Există multiple procedee de măsurare· a nivelului in recipiente; în· cadrul acestui capitol se vor prezenta pe scurt numai metodele aplicate la.bordul·aeronavelor. Este vorba de Utrometrele electromecanice cu flotor şi de litrometrele capacitive, ambele fiind aparate ce permit telemăsurarea. Aparatele ce permit măsurarea debitelor se numesc debitmetre. Debitul volumetric, ·Qr este definit prin volumul de lichid (sau gaze) ce străbate secţiunea A a unei conducte în unitatea de timp: Qv=AV, unde V este viteza fluidului. Se măsoară în lfs sau m:Ys, eventual m 3/oră. Uneori interesează debitul masic, QM care reprezintă masa de fluid ce stră bate secţiunea unei conducte .în unitatea de timp QM=1PQv unde p este masa specifică. Se măsoară în kg(s, t/h etc. Debitul de greutate se exprimă prin relaţia Qc=ryQv='Y AV avînd ca unitate newtonul pe secundă (N/s). ·In definiţiile date s-a presupus că viteza V a fluidului este constantă pe secţiunea A. Nici debitul nu se poate măsura direct, fiind necesar să se pună la punct o serie de metode indirecte asupra cărora .se va reveni în § 5.3.

136

5.2. MASURAREA CANTITAŢII DE COMBUSTIBIL

5.2 .1. Clasificarea litrometrelor Pentru măsurarea cantităţii de combustibil se pot utiliza cîteva tipuri de traductoare de nivel. a. Traductoarele de nivel cu plutitor (flotor) sînt traductoare complexe cu transformări succesive de mărimi, traductorul primar (mecanic) fiind un traductor de deplasare cu flotor de suprafaţă, traductorul electric fiind de tip reostatic sau inductiv. Flotorul liber urmăreşte nivelul lichidului care este într-o anumită relaţie cu volumul (funcţie de forma rezervorului). b. Traductoarele de nivel electrice directe sînt traductoare de tip capacitiv la care capacitatea variază o dată cu nivelul lichidului ca urmare a schimbării constantei dielectrice. c. Metoda hidrostatică se bazează pe dependenţa presiunii hidrostatice p a combustibilului pe fundul rezervorului de nivelul h al acestuia adică P=tyh.

5.2.2.·.Litrometre electromecanice- cu flotor a. Variante de litrometre cu flotor. Litrometrele electromecanice cu flotor se pot prezenta în mai multe variante constructive dintre care două sînt arătate în fig. 5.1. La varianta a) etanşeitatea rezervorului se asigură prin utilizarea unui silfon care, fiind elastic, permite transmisia mişcării de la tija flotorului la axul cursorului 2. In varianta b) nu se asigură o legătură cinematică ci se realizează uri cuplaj ·cu magneţi permanenţi, ermetizarea rezervorului asigurîndu-"-se; printr-~~ capac de acces din material nemagnetic (aluminiJ.!). Ilt.t!Pă cu~_-,se obs~r:vă· a~atul este constituit dintr-un. transmiţător ·cu }loto~--şi pbtenţio.metru :(reostat) conectat într-o schemă de mă'stţl'are în punte cu. indicator logometric de c.c., avînd însă o construcţie specială· (v. fig. 5.2). Schemele de măsuraf\e pot avea în general o structură mai complexă fiind necesar: a) să posede o sensibilitate mare; b) să asigure compensarea erorilor de ·temper~tură; c) să permită măsurarea cantităţii de combuptibil în fiecare rezervor în parte, cum şi, în toate r-ezervoarele (totalizat); d) să posede un ~1'cuit de semnalizare optică· la bord a cantităţii critice (minime) de combustibil necesare pentru venirea la aerodrom şi aterizare. Schema electrică frecvent utiUzată pentru litrometre este prezentată în fig. 5.3. Pentru a lămuri rolul fiecărei rezistenţe şi modul în care ele se calculează, eşte necesar să se determine raportul curenţilor din cadrele logometrului. De ._menţipnat că rezistoarele rl> r 2 ,r3 , r4 , r5 , R1 , R 2 şi R 4 sînt făcute din conductoare cu coeficient de temperatură nul (manganină sau constantan), iar R 3 se execută din sîrmă de cupru. În calcule se consideră 137

------

--

J

2

12

5_

9

!O

1

~-:~'~ b

a Fig. 5.1. Construcţia transmiţă1:6arelor cu flotor:

prin silfon; ~-cu cUJp].a.j magnetic. 1-- flotor; z - cllt'sor; 3 - posllfon; S - tijă; 6 ~ flotor; 7 - angrenaj_ cu roti conice; 8 şi cuplaj cu magnet! permanenţi; 10 - ctirsorul (peria) potenţiometrului; 11. - potenţiometru; 12 capac diamagnetic.

etanşa-re tenţiometru; 4 -

a -cu 9 -

Fig.

5.2~ Construcţia indicatoru~ui

unui litrometru:

.magnet permanent; 2 - cadrele logometrului de c.c.; 3 - acul iildioator montat pe .axul comun al celor două cadre; 4 - reztstoare 1 -

din sirmă bobinall:ă.

Că": Ţf-...:..-~. <.Apl,ieîijd: metodele de calcul a reţelelor electrice . se obţine raportul ci:l.rl?nţilor prin cele două cadre sub forma:

(i+rc/r) · (Ri+r4)~R3 (LlR+Llr)/r.+rc.

l2

· ,.

,' ·

(5.1)

Re1

-unde:s~au·folosibnotaţiil~~~R~ ~=R1r5f(B+r5 ), Ri ~R~r5/(R+i'5 ), AR~R2 .,...-R1;IAr rr3~ri_•. ·· ·. · :-c •. _ ' · • ,. ' , c ·. • ., ; ~ ·: ·• : ;

-

-,-"

_ ;Fig.~ 5:3. Schem1:1 'electrică a litrometrului electromeeanic cu flotor.

'Se-observă că. numărătorul Re2 ş(numitorul Re1 ai expresiei (5~1) s:înt funţ:!ţii :de temperatura mediului ambiant prin rezistoarele re şi R 3 care : sînt dîn cupru. . · . .: Copsiderînd variaţia de temperatură tlT. se pqatescrie: -

-~

'

_;·~t··~~~- -J~ht,(l-ţ_ocAT}; ~ Ra=R30(1-+roc~T).

~- .. .C~ali:iilul parametrilor sc:Qe~ef

de _D;J.ăs,tirare -trebuie

(5.2)

astfel făcut încît

curenţii /1 şi / 2 din cadrele logometrului, deci şi raportul acestora să nu depindă de temperatura al)lpiantă. în acest scop se scriu rezistenţele .Re1 şi Re2 sub forma Re1=Re1o + ÂRel şi Re2=R2o +1ÂRe2 , unde ÂRe~t şi · ÂRJJP sînt. variaţii dependente <:Ie temperq,tură; iar pentru găsirea lui R~ 0 şi Re2 o se folose~c relaţiile: · ~ . , ·--· _ ~- .

Ileto. {l:+r~~~tRl:~1-4}2 "~~~~~J
.

·· ····~·-ik~;o·· -·~r+f:r~)h~Tţ:~~}~k~oâ~~~+-~f>r~+icO; ··

. AR~, ·li8e2·

e·

(~.3)

(5A)

(Rl+r,}-- ;"
(,'i,5)

~:rr:_(R;+.r:J+,~30 (4R±~r)+rcO]oc~T.

(5.6)

C}l i?-otaţlile făcute expresia (5,1) devine: It

R~2o+LlRe2

···.--·""-,-.-·-·

1z .

. Rei(!+:~J?el

Re2o 1-f-ARe2/R,2o

.

~.-

.c~ ~eto

1 + LlR,tf Rei O

. (5.7)

Se observfi· ;că pentru ,ca raportul (5,1) · să :nu depindă de..temper1;1,tţţră e~te neceşar să fie îndeplinită condiţia ARs2/R~20 . ÂRe 1/Re 1o sau Re20/R.e1o= 13Ş

~4ReP:/ÂR 61 din care- dacă se substituie expresiile (5.3)' ... (5.6) rezultă

in final

condiţia:

Tco= Rao{r3 +r4 +~); R - R 1 +R2 r

~+R

.

(5.8)

Pentru îndeplinirea acestei condiţii se aleg convenabil rezistentele şi R30.• Relaţia (5.8) defineşte condiţia compensării cotnple~ a

r 3, r 4 , r

u

+

5

fig. 5.4. Schema

electrică

- zator"':-

a litrometrului totali-

J 2

Fig. 5:5. Schema electrică a litrometrului totalizator cu dispozitivul de comutare.

erorii. <_de: temperaturi' · a sehem'ef _considerate. -~na.eă se poate considera condiţia (5.·8) -dev~:~: _- ~,-:_.>·- :.\ ~;~, Too='Rao(r3 +r4+R)/r.' (5.9)

rf-+oo,

. . Din această relaţie precum şi din fig. 5.1 se constată că are loc com·pensarea completă de temperatură numai dacă r 3 +r4 +R=;eonst, ceea ce implică schimbarea inversă a rezistentelor din cele două laturi adiacente cursorului. · · Dacă la bord există mai multe rezervoare si se doreste să se cunoască suma cantităţilor de combustibil, se plasează in •. fiecare' rezervor cîte un transmiţător, iar potenţiometrele se conectează în serie (v. fig. 5.4). De data aceasta compensarea erorilor de temperatură este doar parţială. Aparatul poate fi prevăzut cu un comutator care permite comutarea indicatorului astfel încît să indice pe rînd cantităţile de combustibil din fiecare rezervor, precum şi cantitatea totală. Schema completă a unui litrometru totalizator este prezentată în fig. 5.5. · b. Caracteristica statică a·· litrometrului electromecanic. Dacă v este volumul lichidului din I"ezervor şi icp UJ!ghiul de rotaţie al acului indicator, caracteristica aparatului se exprimă prin relaţia
1

\

\ \

\

\ \

ratul are ~ckacteristica liniară. In general însă caracteristica nu se obţine lini~ă, fiind, necesare .măsuri speciale pentru a o liniariza. Se consideră schema struCturală a litrometrului (fig .. 5.6). Sensibilitatea acestuia este dată de prod\lsul sensibilităţilor celor patru componente adică: \

'

(5.10)

1n · care S,.=dh/d.v este sensibilitatea nivelului fată de volum, deoarece h=ft(v); Sp-dRfdh este sensibilitatea traductoru'lui potenţiometric în

Fig. 5.6. Schema .1 -

structurală

2

a litrometrului.

'

rezervorul; 2 -:- potenţiOillletrul; 3 -- schema de mă-: surare; 4 - indiaato'rul logometric. ·

_j-~~ ic(

a Fig. 5.7. Metoda

grafică

tJI=====-

de calcul a caracteristicii litrometrului.

Fig. 5.8.

Potenţiometre

ţionale

1 -

carcasa

func-

(profilate):

izo1antă; 2 tenţă bobinată.

-

rezis-

raport cu nivelul h, căci R=f2 (h); Sm d(IJI2 )/dR este sensibilitatea schemei de măsurare faţă de variaţia . t"ezi~ep.ţei potenţiometrului deoarece. raportul curenţilor prin cadre.le 1QgQil1eţruhti este . 11/f2 f 3 (R);. St= _· d~/d(l1/I2) eşţe sensibilitatea' il:idîcatorului definită din caracteristica

..

Cea mai accentuată neliniaritate este introdusă de ecuatia de nivel h=.f1(v) a rezervoarelor, ştiut fiind faptul că la bord forma ac~stora poate :să fie fq,Ştrte complicată. De asemenea sînt neliniare şi funcţiile flh) şj ] 3 (R). Dacă ·însă caracteristicile f 1(v), f 2(h) şi f 3(R) sînt impuse, atunci este necesar să.se stabilească astfel forma caracteristiciî f 4(1 1/1 2 ), încît caracteristica ·cp=rF(v) să rezulte liniară. Jn acest scop se poate modifica în mod convenabţl forma pieselor polare sau a magnetului permanent mobil utilizate în indicatorul logometric. Sensibilitatea indicatorului se va exprima deci sub forma~ (5.11)

pe cale

r~zolvă ~u,şor

•(sau grafo-analitică); Penf 1(v), f 2(h) şi li/12 . Jâ(R); desigur,.: presupuse cunoscute~ Construind graficul funcţiilor h f 1{v) ·-şi R 1j2(h) se :Obţine·· funcţia R=g1(v).suh forma--grafică-din fig. 5.7, a. Apoi din. graficele funcţiilor .. R=;fJt('ll) §Clr/12 .J3(Rt se determină graficul 1J12 - • g 2 (v) reprezentat' fig. 5. 7, b. În final, din graficul I 1/I 2 -;g2{v) şi caracterîstioa. ·scării q> .. F(v)~Sv; impusă ·1iniară, rezultă forma pe care tre~!Jie să o aj.bă grafi~ul.funcţi~i. ~e · tem~ratură -sînt erori instrumentale care·pot îi compensate total sau ce1 puţin· parţial. Litrometrele cu flotor şi cu tradvctor .rezistiv sînt imprecise şi au o siguranţă mică în funcţionare.· Din aceste motive se utilizează tot mai mult litrometrele cu traductor capacitlv de nivel. ' cProalema se

grafică

t-rn··aceasta~- se trasează grafic caracteristicile

în

5.2.3.1.. Constru~ţia -şt- --cara~teristi~a- traductondui :cap
y

-

-

'

-~

Particularităţile

constructive ale litrometrelor capacitive. Liapacitive moderne au o construcţie complexă pentru a putea îndeplini toarele funcţiuni: a) măsurarea cantităţii de combustibil din diferite ţezervoare sau grupuri de rez~rvoare; b) comanda programului sau ordi~i de consum a combustibilului din rezervoare; c) semnali ... zarea optică a rezervei critice de combustibil; d) eventual semnalizarea unor defecţiun\ ce apar în sistemul de alimentare cu combustibil. Pentru· a exemplifica cţ>nstrucţia litrometrelor, se prezintă succint sistemul complex de progran\are (comandă) şi măsurare a combustibilului SPUT-15BP. El se compune din două părţi distincte: una de măsurare şi alta de comandă automată a ordinii de consum. a. Instalaţia de măsurare funcţionează pe principiul punţii autoechilibrate (fig. 5.10), fiind alimentată cu tensiunea de 115 V şi 400 Hz prin intermediul unui transformator TA. Se disting două punţi: una de măsu rare PM a capacităţii traductorului CT .şi alta de compensare PK. Dacă rezervorul este gol, capacitatea. traduct6rului ·este CT=iC0 , iar capacitatea din latura BC se ia Ca=C0 • Dacă acul indicator nu se găseşte la zero,

A

. ·Fig. 5.1Q. Schema de principiu a litrometrului capacitiv (partea de măsurare): PM - pu:rube de măsurarre; PK - punte de compensa:re; CI - cadran indl,cartor; ME - mortor electric ; BR - b1o'c de redresa.re; am.plificartloLr; TA - transfo[UllatOl!' de alimentare; TK ·trans:formato:r de compensa:re.

A

pe diagonala BD a punţ!i se culege o tensiune care după amplificare se la înfăşurarea de comandă IC a motorului electric ME. Acesta printr-un . mecanism acţionează cursoarele reostatelor R 1 şi Rk pînă se obţine echilibrul punţii, iar acul indicator revine la zero. Dacă rezervorul este umplut cu combustibil, CT'> Ca, iar echilibrul punţii se strică astfel că motorul ME intră din nou în funcţiune aducînd acul indicator la diviziunea maximă, simultan cu acţionarea cursorului reostatului R 1 pînă la restabilirea echilibrului. Puntea de compensare PK are rolul de a cornaplică

10 .- Aparate de bord

145

p~Jisa erqrile- metodice datorate modifică)-ii permitiviţăţii. combl}stibilului fu,n0ţie de variaţia temperaturii sau a compoziţiei petrolului utilizat~ punţii:conţine în d.ouă laturi cîte-ocjumătate din bobina secundară a transformatoruluide compensare TI{. Latura EF conţine capacitatea Cu,. de.compensare, formată dintr-un•traductor. complet introdus în combustibil. Cea de a patra .latură conţine un condensator fix de. capacitate Ce

în

Scbema

cu valoarea lui ck dacă temperatura petrolului este. de 20+l0°C. condiţii normale această punte este în echilibru. Tensiunea de alimentare a primarului transformatorului TK se ia de la cursorul reos.., tatului de· compensare Rk. Dacă s~ modifică permitivitatea combustibilului variază capacitatea Cb ceea ce face să se stri.ce echilibrul punţii. Tensiunea de.dezecl,1ilibru -UFH se introduce în amplificator, fiind în antifază ft~ţă d~~ selnnalul• eropat UBD dat decpuntea~ de· măsurare .. Întx:ucît U11n+ U Bri==O, jndicaţia aparatului .. este cor~ctă. -Dar valoarea lui UBv depinde si de cantitatea de combustibil din-rezervor. Introducerea corectiei si în funcţie de cantitatea de combustibil este asigurată de către reost~ttţl profilat Rk al cărui cursor este legat cinematic în cursorul reost(3tului R 1 • b. Instalaţia automată cuprinde două traductoare inductive (T1 şi T 2)t avînd miezurile mobile de-a lungul unui ghidaj cilindric. Ele se. plasează în rezervor la nivele bine determinate. Miezurile fiind. montate pe cîte un flotor, vor urmă# nivelul cot;n'b11stJbilului. lnfăşurările lor.se gă sesc conectate ·în două.laturi.aleunei punţi {fig. ·5.11),-celelalte.·două laturi fiind prevăzute cu rezistenţele R 1 şi R 2 • Aecite miezuri comandă, în funcţie de nivelul combustibilului (prin dezechilibrul punţii .menţionate), intrarea în funcţiune amotoarelor electrice M 1 şi M 2 care acţionează pompele de transvazare, concomitent cu asigurarea unor semnalizări optice. În momentul în care rezervorul se goleşte, ambele miezuri intră complet în bobine, echilibrul punţii se. restabileşte, iar funcţionarea pompelor electrice încetează. egală

Deci în

5.2.3.3. Sistemul de cotl1andă automată cielieă. a ordinii de· consum a combustibilului. ln unele situaţii este necesară menţinerea centrajului avionului cu mare precizie, iar sistemele eu program simplu de comandă a ordinii de consum nu dau satisfacţie. Din acest motiv s:-au realizat dispozitive automate de centrare care funcţionează ciclic. Principiul de funcţionare al automatului de centrare poate fi prezentat considerînd cazul a patru re.zervoare dispuse în lungul fuzelajului (fig~ 5.12)~ Menţinerea centrajului este echivalentă cu Condiţia ca suma momentelor forţelor de greutate ale .combustibilului în raport cu centrul de masă.CM al aeronavei să fie z~ro adică G 1l 1 +G2l 2-G3l 3-G4l 4=0. Această condiţie poate fi exprimată în ·funcţie de capacităţile C;n ale traductoarelor plasate în· rezervor: Gt=k(Cxr-Cm) unde Coi este capacitate· traductorului respectiv cînd rezervorul este gol, iar k - .o constantă de proporţionalitate. Prin urmare condiţia precizată devine: . Cxrlr+Cx2l2+Ka=Cxsl 3_+ Cx 4l4,

unde· Ko=C03 l 3 +C04l 4 -C01 lc--C02l 2 • Â~~

(5.21)

......

o

* ',t

~/

TR4

~-,-""'"_,../

~-~ -=::=-

,/\.A-;.._

Ci_ 7

'

~

__.

-+ Tt, T 2

-

, Fig. 5~11. Schema de principiu a automatului de program a ordinii de consum: tvaquctoare ·inductive; Lt, L 2 - triode; Tr - transformatoare: M 1 , M2 - motoare electrice de echilibrare ' a punţii; _Kt.. Ku o:- ~;elee;

Condiţia (5.21) poate fi realizată cu ajutorul schemei din fig. 5.13. Constanta Ko este reprezentată prin condensatorul C5 • Dacă puntea astfel formată este în echilibru, curentul i din diag~nală este nul, aşa că se poate scrie i 1 +iz+i5 - i3 +i4 sau în funcţie de capacităţi:

U 1Cx1 + U 2 Cx2 + U 5 Cxr,=U3 C%3 + U 4 Cx4.

1

1

1 1

1

1

2t

Spre

u========c====~· l,

(5.22)

Jl

1 • CM 1

{"

_____________ fu_~_rla~v_w_a_v_w_nu_h_'__~---------------------

Fig. 5.12.

Schemă

de calcul a centrajului aeronavei.

Fig. 5.13. Schema de principiu a automatului de centrare. Dacă tensiunile U h ••. U 4 se iau proporţionale cu distanţele l 1, ••• , ln, iar U5C5 -,K0, rezultă că (5.22) este echivalentă cu (5.21). Dacă se modifică centrajul peste limita admisă din cauza distribuţiei combustibilului în .rezervoare - în diagonala punţii apare curentul i a cărui fază depinde de sensul descentrării (în .faţă sau în spate). Acest curent, după amplificare, comandă motorul electric M. Acesta, cu ajutorul unui dispozitiv cu contacte Kselectează şi pune în funcţiune pompele rezervoarelor din faţă sau din spate, astfel încît să se restabilească centrajul. Una dintre aceste pompe transmite fără întrerupere combustibil la motoarele de propulsie. La conectarea automatului de centrare, traductoarele capacitive se decuplează de la blocurile de măsurare pentru a se evita unele influenţe reciproce nefavorabile.

148

Fig. 5.14. Schema de montare pe avion a sistemului SUIT4-1T:

1, 2, 4, 5, 6, 9, 10, 111 13, 15, 23 - tra~nsmiţătoare .capacitive; 3, 8, 14, ,24 -:- transmiţătoare ·oa~padtive cu compensator; 7, 12, 22 -trans.; miţătoare de încărcare; 16, 17 dispozitive de comwtare; 18 - indicator c;le tota:ijza.re; 19 .......panou de alimentare; 20, 21 - comutator pentru va.ria:rutele de alimentare; 25, 26, 27, 28 - indicatoarelie litrometrulu1.

5.2.3.4. Sistemul de comandă şi măsurare a combustibilului de tip SUIT4-1T se utilizează la bordul avioanelor de pasageri (TU-154). El asigqră măsurarea cantităţii

de combustibil (în kg) în fiecare rezervor

_şi cantitatea totală, comandă ordinea de consum, asigură închiderea robirleţelor de alimentare, semnalizează rezerva critică de combustibil

.cu:m

rămâsă la bord etc.

în completul aparatului intră 4 transmiţătoare capacitive,, 15 transmiţătoare combinate cu traductor inductiv de nivel, 6 traductoare cu compensator şi 5 traductoare inductive de nivel. De asemenea ~paratuJ .-mai include două dispozitive de comutare cuprinzînd blocurile :_de măsurare, de programare, de· însumare, de centrare şi semnalizar~, de comande\ a ordinii de consum etc. Sistemul mai este prevăzut cu 5. in.qicatoare. -Montarea, transmiţătoarelor şi a traductoarelor (semnalizatoar€1qr) de. nivel pe ·avion cum şi a aparatelor pe panou! de comandă este arătată în fig. 5.14. Sistemul dă indicaţii corecte numai în zbor orizon~tal. ·.·- . · · ' ..•._.· ..3.2_ . _· . rorile_. litrom.etre.lor capacitive.. C~pacitatea tra_ductorului litro . e or este o funcţie- ·d~ mai multe variabile, putînd fi exprimată in r~port cu .volumul v de combustibil sau cu masa M a acestuia, cu unghh,Irile de_ ruliu. şi de tangaj ('Y şi ie), cu acceleraţia a: (5.23}

· Variaţia parametriior.ce~intră în expresi~i (5.23) provoacă erori metodice în· indicaţiile aparatului. In continuare se examinează erorile produse datoriţă ·variaţi~i permitivităţii _s 1 cu sortimentul petrolului şi cu temperatura acestuia. Capacitatea Cv se poate exprima în funcţie de volum folosind relaţia (5.14). Rezultă evident Ce.· C 0 +Cv=C0 +kv(e: 1-e: 2), unde \81o (1 +lcxÂT)=€ 10 + Âs 1 • Eroarea absolută este ll.Cv=Âs 1 8Cef8s 1 =kvfl.;e:b E: 1 iar eroarea relativă devJne:· (5.24) unde~ Cv0 şi s~0 sint valQrile Iuf Ce.şi s 1 la T==20°C (ÂT=O). Întrucît € 10""_2€2 se vede că ll.CJCv 0 =2fje,J!s'lo· Dacă sortimentul de petrol nu se schimbă, 'Âre 1==0, deCi eroarea este nulă. Trebuie însă avut în vedere că

s 1 depinde de

temperatură şi

astfel se

obţine

eroarea: (5.25)

Pentru sorturile de petrol utilizate îri aviaţie _ov-..~0,0007 grd- 1 . Dacă. temperatur-Gl variază între ~60Qe şi + 60"0C, eroarea este cuprinsă în do_meniul --5 ... +1-lofu-. .· .._ ... . . · Mai recent interesează_ exprimarea masieă a cantităţii de, combustibil de 1~ bord. Se poate exprima CM mai simplu sub forma Ce =C0 +CM= C0 +k)lf (s 1--5 2}, astfel că eroarea absolută este; ·,p

(5.26) 150

\ \

iar eroarea relativă devine: /1CM/C;fJ~âe1A~1o-ÂfJ/·P·

. (5.27)

· ln·-cazulpetrolului de aviaţie-se poate considera·că s 1 depinde numai de P· şi- astfel- poate Âl~ie 10 =fJ;7 Â·p{p, -cu care relaţia (5;27) devine:-

/1CM/C:0~0,6 ~E 1 ~e 10 •

(5.28)

Dacă se compară (5.28) cu (5.24) se observă că eroarea metodică la -etalonarea masică a litrometrului este de peste trei ori mai mică decît la etalonarea -în·unităţi de volum, ceea ce justifică noua orientare în acest domeniu. Se poate menţiona deci că erorile intrumentale ale 1itrometrelor capacitive sînt neglijabile în raport cu cele metodice.

5.3~ MASURAREA DEBITULUI DE COMBUSTIBIL

5.3.1. Clasificarea debitmetrelor In ultimii ani s-a extins utilizarea debitmetrelor la bordul aeronavelor datorită preciziei lor înalte şi a importanţei parametrului măsurat pentru aprecierea regimului de funcţionare a. sistemelor de propulsie. În tehnică se utilizează o mare varietate de debitr:hetre dintre care o parte sînt prezentate în tabelul 5.1.-Ca aparat de bord interesează numai grupa debitmetrelor de viteză. Elementul sensibil al debitmetrelor se introduce în conducta principală de combustibil, ceea ce produce o oarecare strangulare a acesteia. Căderea de presiune admisă pe traductor nu trebuie să depăşească 1,5 N(cm 2 la funcţionarea normală şi 2 N/cm 2 în caz de blocare a acestuia. In cazul acestui aparat se admit erori de cel mult 20;0. Intrucît debitul de volum este variaţia în unitatea de timp a cantităţiLde combustibil, rezultă că plin ÎJl~gţa~~? ÎJ:l~Qrni~ţieL.Q~li!ll1t~~de la debitmetru se obţine canţjţ~ţe~ (;}~_.;comh"UştiQi.}...,(Y<>l\lmul) consumat~ Pe acest _principiu s-au reali-zat a~t>îfmetre integratoare, aparate- care măsoară ambii parametri ·

5.3.2.

Debitmetr~e

de

viteză

Funcţionarea debitmetrelor de viteză se bazează pe dependenţa vitezei de rotaţie a unei turbine cu palete introdusă axial in .conductă de viteza de curgere a fluidului prin acea conductă. Dacă se consideră că turbina nu are sarcină pe arbore, vi teza ei de rotaţie ro se· adnii te ·că este proporţională cu viteza V a fluidului, adică, ro=k1V. Dacă se înmulţeşte şi împarte cu aria A a conductei rezultă (J)I=.k2Qv sau ro=k 3QM, adică viteza (J) este proporţională cu debitul volumetric 'Qv sau cu debitul ma-

1.51

Tabelul 5.1

Metode de

măsurare

a debitului

_ _,__ _ _ __ Elementul sensibil

Metoda de măsurare

Denumirea

1

2

Cu piston oscilant

Cu disc oscilant

Cu

paletă

Volumetrică

Cu aripioare (cupe)

roţi dinţate

Cu

Cu surub elicoidal

Cu tub Venturi

cădere variabilă

Cu

cu·ajutaj

Cu

diafragmă

·cu palete radiale

Turbină

De

viteză

cu palete elicoidale

Turbină

152

,

1

Schemă de principiu 3

Tabelul 5.1 (continuare) 1

2

3

~

Cu piston

secţiune variabilă

Cu

~

~

Cu palet~

-E:S}

Cu disc -

Cu

$t

încălzire

--

-calorice

·~

Cu variaţie . a transmisiei căldurii ''

__ ...".9 · Fig. 5.15. Schema 1, 2, 6 . -:-

cţll.ematică

magneţi pennanenţi; 3 tţr1all ne:ttliagnetic; 8 ........;

a

transmiţătorului

debitmetrului combinat:

:- .angil'enaj meLaat; 4, 5 -

rotorul tahometrului 9 -

tur·bină ; 7 perete elin maarc sp:Lrru; 10 - selsin.

sic Q!J. ·Deci problema măsurării de bitului s-a· redus .la ·o problemă cunoscută: măsurarea vitezei de .rotaţie la distanţă. În această structură, debitmetrul trebuie. să fie· format dintr.:un transmiţător, un indicator şi un sistem de transmitere· la distantă. Schema cinematică a unui transmită tor

combinat se~ poate vedea în fig. 5.15~ Transmisia în :exteriorul conductei a

153

··>{:I)!Rilfllll-----·----------------------------.. .

1

vitezei (1) se poate face prin componentele 1, 2, 3 - direct sau prin tahometru! de inducţie (componentele 6, 8, 9) şi selsinul transmiţător 1-0 al cărui unghi derotaţie ~este proporţional cu (!),deci cu Q. Pe tabloul de bord se: găseşte u:n. selsin receptor al cărui rotor se roteşte cu acelaşi unghi Cl. Acest principiu se aplică în debitmetrele combinate din seria RTMS. Cadranul indicatorUllli este etalonat în kgforă.

l 1

l ~

1 ~

5.3.3. Debitmetrul de

viteză

totalizator

La bord nu interesează numai debitul ci, mai ales, cantitatea de combustibil existentă în rezervoare. În acest scop se integrează informaţia primită de la debitmetru. Viteza de rotaţie (1). ·proporţională cu Q se converteşte în impulsuri electrice utilizîndu-se în acest scop dispozitivul din fig. 5.16 care conţine două traductoare inductive conectate (v. fig. 5.17). Bobina L 2 are o inductivitate constantă, în timp ce inductivitatea bobinei L 1 variază din cauza miezu-:-1ui·rotitor intercalat în circuitul magnetic al acesteia. Miezul 5 este pus în mişcare de rotaţie prin intermediul unui angrenaj de către axul turbinei. Deci impuhmrile generate prin variaţia lui L 1 au frecvenţa proporţională cu (1), deci cu Q . . - Datorită variaţiei lui L 11 puntea lormată din inductanţe1e Lb L2, L3 şi L4 emite în diagonala de· ieşire 6- tensiune modulată cu pulsaţia (1):=·21tf. Această tensiune este redresată cu diodel~ D1 şi D 2 , după ·care se aplică Ia grila unui tub electronic (tiratron). Circuitul anodic al tiratronului este alimen- .,._ Fig. 5.16. Transmitătorul _:debitmetrului su- tat în c.a. la 48 V si 400 Hz. - matol': In acest circuit este intercalată 1 .:... turbina; 2 -'-. Bngi'enaj; 3 - miez ~roti tor; 4 - bobină cu inductanţă constantă; s - bobină cu înfăşurarea de comandă a unui induci;anţă variabilă; 6 ---. şunt magnetic; 7• 9 releu cu cl1'chet. . L.a fi·ecare·· ·ro"rulmenţi ; 8 ..,... miezul de fier al bobineloll'. taţie ·a miezului corespunde· un impuls rle.curent ·prin bobina releului urmat de o pauză. ln acest timp clichetul a acţionat- roata dinţată cu un pas. Printr-un angrenaj dernultiplicator este~ rotit acul indicator cu un unghi· ~ proporţional cu numărul de

--

154

se

impulsuri. Cadranul este. deci etalonat îri litri. Cremaliera 5. permite să aducă manual· acul indicator (fig.· 5J.7) în dreptul diviziunii de pe cadran care'Corespuntle cantităţii de combustibil-introdusă în rezervoare. Pe mă sură ~ee se consttm.ă combustibil, acul indicator se roteşte în sens antiorar. r~------~--~--~--~---~

f 1

:-- --.,.---------~'~----_,[ m t

1

1 1· f

!

~f

_

~

1

:

l

! _.._-h!

~~~~~

2

1

t i J J

l 1 1

., l

· Fig. 5.·17. Schema de conexiuni a debitmetrului RTS-16: . a ...,.. transmiţător; b - indicator; c - amplificator;

1 -....

s .""':'"

turbină;

2 -

ca
miez rotitor; 3 - şunt magnetic; 4 - .angren.ad; 5 - cremaUeră; mecanism cu cThchet; 8 ""':'" electl'IOitll.agnet; L 1 - inductanţă variabilă; ~ ....- inductanţă fixă.

·5.3.4. Particularităţile constructiveale debitmetrelor de .bord

de

La pordvl aeronavel()r se utţlizează următoarele variante debit(l) _debitmetre totalizatoare· (sumatoare), de tip· RTS; ·b) debitmetre combinate. de tip RTMS care măsoară. debitul instantaneu şi consumul total; 'c) debitmetz:e cu litrometre· capaei tiv~ de tipTJ:?... .·. _·.• .· .....·. ·Pentru măsurar.ea debitului în ·greutate -·instantaneu· şi totalizat (însu.m~tl !le prezintă pe scurt ·debitmetrul RTMS {33, 39}. Schema ~lec trpcinematică a trans:rniţătorului este prezentată în -fig. 5.18. Se remarcă prE?.ze.nţa unui: tahogeneratp~ (2; 8); a_cpmutatoţuluţ cu traductqare inductive 5 ·şi· a: traductorulu.i de-.. densitate format_ din condensatorul .C 4 •

metrţ:

155

Viteza de rotaţie a comutatorului se alege astfel încît frecvenţa de modulatie a inductantei ·6 să fie cu un ·ordin mai mică decît frecventa tensiunii de alimentare. Frecvenţa tensiunii obţinută de la înfăşurarea Eţ este proporţională cu consumul volumetric instantaneu, deci cu debituL Numărul de impulsuri reprezintă combustibilul consumat într-un interval de timp. Pentru a obţine debitul masic (sau în greutate) este nece-

Fig. 5.18. Schema

transmitătorului

de debit

rşi

de den-

sitate: 1 - ·• tocbină; 2 ~ magnet perttnanenrt;; 3 - angrenaj mel.ICat; 4 traductor capactti.v de densitate; 5 - ~mătură rotitoo.re; 6 -

sar să obţine

bobină· cu inductanţă variabilă; 7 boibină cu indUICllanţă .constantă; 8 bobina tahogeneratorului.

se cunoască densitatea p a combustibilului. Această informaţie se de la condensatorul 4 a cărui capacitate depinde de p prin permitivitatea e. Aparatul este etalonat pentru debite cuprinse între 600 şi 7 000 kg/oră, iar pe scara cantităţii de combustibil - pînă la 25 000 kg. In cazul avioa~1elqr rnorwloe se \itili2:eaz~ un aparat combinat for-· mat ~din litromet:rtil capaeitiv! arttoriiatul de· ddmandă a" ordinii de consum şi un debitmetru totalizator. Schema de principiu a unui aparat de acest tip (TR-54) este prezentată în fig. 5.19 1[33]. Acul indicator arată cantitatea de combustibil existentă în rezervoare măsurată cu litrometrul capacitiv. Intr-un_decupaj practicat în cadran se afişează cifric cantitatea de combustibifmăsurată cu debitmetrul totalizator. La bordul avioanelor multimotoare se utilizează debitmetre de construcţie mai complicată. Pentru exemplificare se prezintă cu titlu informativ sistemul de măsurare a debitului de combustibil SIRT 1-2T folosit la"'"bordul avionului TU-154. Sistemul asigură măsurarea debitului cţe petrol (în kg/oră) consumat de fiecare motor precum şi a cantităţii de petrol existent la bord (aceasta din urmă dacă acul indicator de totalizare este adus manu(:llla indicaţia corespunzătoare cantităţii de combustibil introdus. în rezervoare şi dacă comutatorul ,,marca petrolului" ST este pus pe sortul întrebuinţat). El asigură indicarea debitului (masic) de petrol în limitele 600 .' . .,7 000 kg/oră şi cantitatea de combustibil pînă la 50 tone. Erorile aparatului în condiţii normale nu depăşesc +2'!l/0 , iar în rest nu trebuie să fie mai mari· de +40/o, atît pentru debit cît şi penţru cantita-

156

r-r~-------- ---------------------------------------- -.1 ~

1

~

-

.

1

1

1

1

1

1

1

1. 1

1

1

1

1

1 1

1

1

1 1 1

1 .

.

~

).+

1 1

[_1 __ --

'

'

l

/..~+

l+

:

'1

1

_l_. __ j1 r1-,1 1f::

1 1 1

t::l

@' r'.L 1 L_J <::~..:s:s Cj

T/4

s, r------l 1

l

1

1

1

~

1 1 1 1

L---~3

1_J

Sz

1-""~~/~

--------~

1

1

'

1

1

•

1 '-----

2

Fig. 5.19. Schema de principiu a litrometrului -

!

----,r>{:'·~,:

1

L __

~.f:

~~

1 1

--1---~...J 1

debitmetru TR-54:

semnalizator de debit; 2 - transmiţătorul debitmetrului;· 3 .._ convertizor .de alimentare; 4 -· indicato·rul debit~ metrului; 5 - blocul de măsurnll'e; .TCt, TC2, TCa - . traductoarele: oa•padtive ale litrometrului; Tit ••• TI, - waduc~ toare inductive de semnaliz.are; M - motor; CL - mE;Icanis.m cu cllchet; St; S2 - semnalizarea de golire a reze!l'voa~ relor; s 3 ~ spre .pompa de petrol;· BS - bec de semnalizare a re21ervei crttiee de combustibil. 1 -

tea de combustibil. Sistemul este alimentat în c.a. cu tensiunea de 115 V şi frecvenţa de 400 Hz şi în c.c. la 27 V. Dacă tensiunea continuă scade sub· 29 V, aparatul funcţionează în regim de avarie. 1n componenţa aparatulUi intră trei traductoare de debit,· un· traductor de densitate, un convertor de semnale, un indicator de debit şi un indicator de cantitate de combustibil. Masa întregului sistem nu depă.şeşte 16 kg.

· 5·.3.5. Erorile debitmetrelor de viteză Bazîndu-se pe o metodă indirectă d~ măsurare, debitrrietrele de visînt afectate de erori metodice, datorate variaţiei densităţii combustibilului ·sau a· calităţii ·acestuia. Erorile datorate ·modificării calităţii petrolului pot atinge valori de ordinul 5 ... 6~/ 0 • Pentru eliminarea lor se întocmesc grafice de corecţie. Erorile metodice de temperatură variază între ·3 .. ~-. 40j0 pînă la 5 ... iOo;0 cînd temperatura ia valori în domeniul ---60 ... ~ ·+60°C. Pentru compensarea automată a acestor erori în unele aparate s-au prevăzut· traductoare care introduc în schema de măsurare semnale compensatoare ce d~pind de temperatura combustibilului. În acest scop se pot folosi traductoarele cel.pacitive~,Ja: care, permitivitatea comb-ustibilului. depinde de temperatură. De. asemenea uneori se utilizează mecanisme compensatoare cu bimetal, care asigură deplasarea axială a turbinei. Erorile instrumentale sînt constituite din erorile indicatorului, ale schemei de măsurare şi ale transmiţătorului. Erorile transmiţătorului sînt determinate în cea mai mare parte de cuplul rezistent Mr de pe arborele turbinei, condiţionat de frecarea în lagăre, de influenţa lichidului şi de dispozitivele antrenate. Pentru ca ac.est tip de erori să fie neglijabile trebuie .să::.fie ·indeplinită pondiţia,M:~<
e

6 MĂSURAREA

AL TITUDINII DE ZBOR

6.1. METODE DE MĂSURARE A ALTITUDINII

Altitudinea, · H, este ·parametrul care defineşte distanţa, măsurată după verticala locului, dintre centrul de .masă al avionului şi punctul corespunzător de pe suprafaţa Pămîntului. Aparatele care permit măsu~ rarea acestui parametru se numesc altimetre. In funcţie de punctul luat ca ~eferinţă,.altitudinea aceluiaşi avioJ:!; are c;I.ent1Il1ir-.t diţerenţiate şi valori, în g,eneraţ.~djf~:t~J~ (fţg. 6:1}..Asţteln·~~C!ă punctul de referinţă este situat

Fig. 6.1. Clasificarea alUtudinilor.

la nivelul marn, altitudinea se numeşte absolută şi se notează cu Hm. punctul de referinţă se consideră pe un anumit aerodrom (de decolare sau de aterizare) altitudinea se_numeşte relativă Hr. De cea mai mare importanţă pentru securitatea zborului este altitudinea măsurată faţă de punctul de pe sol care se găseşte la verticala avionului. Aceasta se numeste altitudine adevărată .....- Ha~ ·De mentionat că în cazul în care drept' referinţă pentru măsurarea altitudinii s~ ia o anumită supr~afaţă barică, altitudinea respectivă se numeşte barometrică Hb. Dacă însă

159

La bordul avioanelor se

utilizează

atît altimetre indicatoare cît si

transmitătoare de altitudine. Acestea din urmă furnizează informatiiie

·sub forfna unor semnale electrice destinate instalatiilor automate de' pilotaj şi calculat~rului de navigaţie. Pentru măsur~ea altitudinii se pot aplica mai multe metode, care vor fi prezentate, pe scurt, în cele ce urmează.

a. Metoda barometrică. Această metodă de măsurare a altitudinii se pe dependenţa dintre presiunea atmosferică p şi altitudinea H. p=p(H) nu este invariabilă, ci se modifică în funcţie de latitudine, de anotimp, de starea vremii, şi de la zi la noapte. Datorită acestui fapt a fost necesar să se prelucreze statistic observaţiile privind dependenţa P=P(h) şi să se stabilească o relaţie standard. Pe această cale s-a definit atmosfera standard, asupra căreia s-au făcut deja unele referiri. Altimetrele care funcţionează pe principiul variaţiei presiunii cu înălţi mea se numesc altimetre barometrice şi sînt, în fond, manometre ·pentru presiune absolută. bazează Relaţia

b. Metoda radiotehnică. Metoda radiotehnică de măsurare a altitudinii se bazează _pe fenomenul de reflexie a undelor electromagnetice. Aparatele de măsurare a altitudinii realizate pe acest principiu se numesc radioaltimetre. Ele permit măsurarea tţrnpului necesar unei ·unde ·electromagnetice pentru a se propaga de la avion pînă la sol şi retur. Este de reţinut faptul că radioaltimetrele moderne au o precizie foarte ridicată şi sînt absolut necesare la bordul avioanelor mai ales pentru evoluţiile din faza venirii la aterizare si aterizării în conditii de vizibilitate redusă. Tot pe principiul măs~rării timpului necesar propagării radiaţiei directe şi reflectate funcţionează şi altimetrele ·acustice şi cele optice. In cazul altimetrelor acustice, oscilaţiil~ emise sînt oscilaţii sonore. Aceste altîmetre nu se ţolosesc în. aviaţie. Altimetrele optice, care funcţionează pe baza unor emiţătoare cuantice:.~de lumină (laser) sînt aparate de perspectivă. La alti:J;netrele cu laser, receptorul radiaţiilor reflectate este un fotomultiplicator.

c. Metoda inerţială. Metoda inerţială de măsurare a altitudinii se bazează pe măsurarea componentei verticale a acceleraţiei avionului şi integrarea ei de două ori. Altimetrul inerţial constă dintr-un accelerometru şi un dispozitiv de integrare. Axa de sensibilitate a accelerometrului este orientată dupft verticala locului Cl.l .ajutorul unei platforme stabilizate. d~

Metoda

ionizării.

In această metodă de măsurare a altitudinii se

utilizează dependenţa fenomenului de ionizare a atmosferei în funcţie de distanţa faţă de Pămînt. Astfel; la altitudini cuprinse între 20 şi 80 km gradul de ionizare a atmosferei creşte cu altitudinea. Cunoscînd această

· dependenţă se poate realiza un altimetru de ionizare. Dintre metodele prezentate, cele mai larg răspîndite sînt metoda barometrică şi metoda radiotehnică.

160

6.2. TEORIA ALTIMETKULUI BAROMETRIC După cum s-a arătat, metoda barometrică de măsurare a altitudinii se bazează pe dependenţa dintre presiunea atmosferică (statică), p şi altitudinea H:'

(6.1)

La stabilirea formuÎelor barometrice mai trebuie avute în vedere dedintre·· greutatea specifică a aerului şi altitudine:

pendenţa

(6.2)

'Y==f2(H),

precum

şi variaţia

temperaturii T, cu T,

înălţimea:

fa(H).

cu

Variaţia temperaturii. aerului înălţimea dreaptăexprimate cu'formula:

mentele de

(6.3)

se

aproximează

cu seg(6:4)

în ca:re ·"ti este gradientul de temperatură al stratului atmosferic ;,i". Valorile parametrilor Hi, T9i -ri pentru cele 6 straturi în care poate fi divizată atmosfera pînă la 9~ km înălţime sînt precizaţi în tabelul 6.1. Desigur, valorile din tabel arată că temperatura nu are o variaţie monotonă. Astfel, în stratul- 1 temperatura scade, 'în stratul 3 . temperatura creste, iar în, ştratul_ 5 t~mperatura sc:~?e·dii{ nou. Peste 95 km temperatur~ ·,are ·valoti. cr,esc~t(>are, 'dar această zonă 'nu preiintă interes pentru aviaţie. In straturile 2; 4 şi 6 temperatura are ·valori constante:

f 3(H)

jT(H) .· Tz=const.

(6.5)

Interesează legătura p(H)=;f1(H) dintre presiunea atmosferică p şi altitudine. In acest scop se separă din atmosferă o coloană de secţiune constantă A şi se scrie ecu~ţia de ~clrilibruj:tforţelor ce se exercită asl,lpra unui strat de gros~e ele,~ent~ă ,Cllf;, Jffg!: (> •.2), .sit11at în interiorul coloanei.

Tabelul 6.1

Structura

verticală

a atmosferei

-·---

Numărul

stratului, i

i=l i=2 i=3

i=4 i=5 i=6

11

~

Aparate de bord

Limitele stratului, kii1

Altitudinea H 1 , km

Temperatura

o ... 11 11 ... 25 25 •. ; 46. 46 ... 54 54 .. 80 80 ... 95

Ha= O HiJ.=ll H2s=25 H4s=46 · Hs4==54 Hs0 =80

To =288,15 T 11 =216,66 T25 =216,66 T4s=274 Ts 4=274 Ta0 =185

T,,

K

Gradientul

1 'td. 0/kl!l

'l:t=6,5 1:2=0 ,; 3 =2,73 ,;4=0 ,; 5 :::::3,42 'l:s=O

161

Dacă se notează cil dG- greutatea ·elementară a· stratului şi, cu dF forţa de plutire a stratului, datorită diferenţei dintre presiunile de pe cele două baze ale stratului, se poate scrie: -- . - dG+dF· o ,r),_G~dF (6.6) Forţele

1

1

presiile:

1 1 1

elementare dG

dG=yAdH;

şi:

dF au ex-

dF -Adp,

(6.7)

care, substituite în (6.6), -conduc la -eX'-: presia:

p

(6.8)

ln conformitate eu ecuaţia de stare . a_ gazelor scrisă sub forma p(H)V= =PV"7".GRT(H), şi ţinînd seamă că G/V=y_rezultă:

H=O

"{=pfRT(H).

(6.9)

Substftuind ·Pe (6.9) în (6.8) după separarea variabilelor se obţine: d~--: ~' -<~1.1' ,,, . ,, ' (6.10) 7J.' ' 'RŢ-(H)'·, ·

Fig. §.2~ Ef;hilibrul in coloana de - ":'ţ-er.

.

--

.

U1 -~are .. T(H) est~-d~penden~a.funcţională dată de. una din. relaţill~ (6.4) sau (6.5), iar R este constanta gazelor. .· Ca valoare iniţială. pentru presiune se ia presiunea atmosferică nor;_ mală la T 0 : 288,15 K şi H=O care are valoarea p 0 -:-760 m_m Hg.

a. Formula barometrică -P~.ntry, .-~tr{ltul J _(0~11 000 m). ·tn acest strat funcţia T(H)::::::if3(H).âre foriita:: -.-> · "_ " i • . ·T(rfV"·Tcf#~iH;'~··(6.11)

în·t~re.-~ 1 e'ste· gradi~ritul de temperatură; Semnuf~inus din relaţiR (&.11,· provine din faptul că temperatura scade cu altitudţnea. ' ' Introducîndu-se relaţia (6.11) în (6.10) rezultă:

(6.12)

ecuaţie care integrată în membrul stîng între limitele p 0 şi p, iar în mem-

orul drepl îritre liinitele O şi H

adiCă; H

P

r

dp

..

r

J -;=- J o·

Po

dH .. R{T0 --r1H)'

(6.13) conduce la expresia:_. P=Po care reprezintă form'{.lla barometrică standard pentru HE[O, 11 000 m]. F
162

.

:

•· . .

.

('

'tlH)l/-r:lR 1-- ' To •

=7{)0_J)lrir Hg: -!' 1 =0,0065:, T 0 - 288~15 K şi R=29,27 m/grad se obţin Pa= -"170,lftrmin Hg (în sistemul S.I, R'=,gR=287,14 J/kg·grd). ---~~ă.se rezolvă relaţia (6.13) în raport cu H rezultă formula hipsom;etrică· standard: ·· · ·

(6.14) valabilă şi ea :Pentru HE'[O, 11 000 m]. Ea, permite să ~e determine altitudinea. standard: .care' cor~spunde_ 11nei __ presiuni atmosferice date. b. ·Formylele b.a:rometrice- pentru straturile 2 ... 6. Calculul funcţiei p(H}. pentru restul'st-raturilor ·care interesează aviaţia se face după ace.:. leaşi reguli ca pentru primul strat. Rezultatele calculelor sînt date în tabelul 6.2. Tabelul6.2

Formulele barometrice pentru diferite straturi .ale atmosferei* Limitele stratului, km

Forma ecuaţ:iei · dife:ten 1;iale ,

Stratul 1 1

\_~_·· .11

1

,

Formula hipsometrică

dp= p

.\

Stratul 2

!

Formula· baroii).etrică

dp

dH. -=----p RT11•

~i(l. :~·:.. ;25

...

]

Stratul 3

dp=

H=25+

25 ..•. 46

Stratul 4

46 ... 54

Stratul 5 p=

54 ... 80

-

'"s(H -54)]~;li R[T54~-r5(H·-:54)J

Stratul 6

80 ... 95

_ : ;-dp .__.. ,; ::::::. <---

p

· · *.

H=54+ 1

pH.

~

RTso

+ Ts 4f1 _( ~-)TsR]

T 54

. 't's

, . . ( H-80)

P==Psoexp. --·.- - . RTao

t. ·P54

H=80+

+ RT. so . m

log (Pso ) P

Valorile. pe:r;:ttru cP11, P25i .P4.s;; Ps4 . şi p80~se iau din tabelul 7. corespunzător altitud:i,nilor ni~nţion~e prin ii;ldice~ la!!- valorile pentru T 0 , Tu, T25, T4s, T54, şi Tso se găsesc în tabelul 6.1. · · -

'* in;±::::log e=0,4343.

~

11*

163

--.-,"1_-,-~----.

'~~,~---.

Observaţie. corespunzătoare

Adesea, în locul formulei barometrice (6.13) şi a celei stratului 2 (v. tabelul 6.2) se folosesc relaţiile aproximative numite formulele ·lui Laplace. Pentru stabilirea acestor formule, în locul expresiei (6.4) se ia, pentru temperatură, valoarea medie corespunzătoare stratului respectiv. Astfel pentru stratul 1, temperatura medie la altitudinea H~ll km este Tmed=(T0 +TH)/2. Pentru altitudinile corespunzătoare stratului 2 temperatura medie se calculează ţinînd seama · de variaţia temperaturii cu înălţimea în H stratul 1 (fig. 6.3). În acest scop se raportează aria A=HT11 +H11 (T0-T11)/2 la altiH tudinea H la care se calculează T med· Se obţine:

(6.15)

Cu aceste

precizări

pentru H

<11 km

rezultă:

Fig. 6.3. Grafic pentru calculul

P=Po exp ( - _H_); H=RTmed In(~ RTm~

~lui Tmed. -

.

iar pentru

'

(6.16)

11~-H~25 cele.două-formule

P~Po exp{

p

2Hz

R (T0 -Tu) Hu +2T 11 H

devin:

};H=R[Tu +(To -2Tu) ·,Hl:Ill] In (Ppo) • (6.17)

Erorile ce se comit aplicînd formulele aproximative ale lui Laplace, în locul formulelor exac~e, n1:1 de~sc -~.O(q.:

6.3. CONSTRUCŢIA ALTIMETBELOR BABOMETRICE

6.3.1. Altim.etre. cu un ac indicator Datorită deRendenţei presiunii atmosferice (statice) de altitudine, problema măsurării altitudinii se. reduce la măsurarea presiunii. Prin urmare altimetrul este un J:!lanometru pentru presiune absolută avînd· con-· strucţia din fig. 6.4. Carcasa aparatului este pusă în legătură cu priza de presiune statică 6. La variaţia altitudinii, presiunea variază şi ea, iar capsulele aneroide 8 se deformează punînd în mişcare mecanismul aparatuhti şi acul indicator 1. Cadranul aparatultii este etalonat în ktri .· sau· în metri. Interesează caracteristica statică (ecuaţia scării) a aparatului. Pentru aceasta

164

se foloseşte reprezentarea transformarea succesivă a componente. Se scrie deci:

W-f 1(p);·

schematică mărimilor

din 'fig. 6.5 unde se ·poate urmari intermediare în cele trei elemente ·

~=f2(W)=arc sin ( : +sin ~o)-~ 0 ; cp=f3(~)= ~ ~' .. z2

de unde

dacă

. cp-

se

consideră

W=k(p0-p)

rezultă:

;~ [ arcsin {~ Po [ 1- ( 1- ~r/TR] +sin ~o} -~o],

în care s ...a avut în vedere

funcţia

8

(6.18)

(6.19)

p(H) pentru stratul 1.

7

Fig. 6A. 8(::hema de principiu a altimetrului barometric: 1 -·ac indicator; 2 - ~roată dinţată; 3 - s.ecto'r .. dinţat; 4 - mecanism bielă-mani velă; 5 conductă de legătură cu ştuţul aparatulut·; .6 priză de presiune statică; '1..- carcasa aparatului (etanşă) ; 8 - baterie de ca.psule aneroide. .

Fig. 6.5. Schema

structurală

a altimetrului.

Relaţia (6.19) care exprimă ecuaţia scării altimetrului barometric arată că unghiul cp de rotaţie a acului indicator nu depinde ·liniar de alti.;.;

tudine, ceea ce constituie un neajuns. ·Pentru liniarizarea acestei carac.:.. teristici se utilizează capsule (baterii de capsule) aneroide cu gofraj spe;... cialla care relaţia W=f1(p) nu este liniară.

165

6~3.2. · Altimetre

cu două ace indicatoare

Altimetrele barometrice au, de regulă, o construcţie mai complicată decît cea prezentată în fig. ~~4. Pentru a putea citi cu precizie suficientă indicaţiile în întreg domeniul de măsurare {O ... 30 · km) aparatul este prevăzut cu două ace indicatoare şi cu două scări pe cadran. Unul dintre ace execută o rotaţie întreagă la variaţia altitudinii cu 1 000 m, scara corespunzătoare avînd diviziuni cu valoarea de 10 m. Celălalt ac se roteşte de 10 ... 20 ori mai puţin, indicînd ":grosier. altitudinea în km. Schema cinematică a acestui tip de ·altimetru este prezentată în fig~ 6.6, iar aspectul cadranului se vede în fig. 6.7. După cum se observă din {6.13) indicatiile aparatului sînt corecte numai dacă p 0 - const. Întrucît presiunea pe'-aerodrom poate fi diferită de p0 , apar erori metodice. Pentru eliminarea lor întreg. mecanismul împre,..; ună cu capsulele aneroide sînt montate pe suportul 16. Acesta poate fi rotit cu cremaliera 9 în jurul axului acelor indicatoare. Simultan se ro:... teşte şi cadranul barometric 1 ale cărei diviziuni şe pot observa printr-un decupaj. Dacă acul indicator este pe zero, pe cadranul barometrie trebuie să fie introdusă presiunea absolută de pe aerodromJll r.espe<:;Uy. Dacă pe

Fig. 6.6. Schema altimetrului cu două ace indicatoare: 1 cadran bar{)(llletric; 2 arc pliat; 3, 12 compensal;Ori . ·de temperatură cu bimetal; 4 bielă; 5 contr,agreu.tate; 6 ~ bate'rie de capsule; 7··- a!!:'c spiral; s - \roată dinţată; 9 - c:remalieră; 10 - ax tubular~· 11 pinion; 13 -'- roată dinţată; 14 - sector dinţ;at; 15 --. a.rboa:-e; 16 - bază

de montaj.

Fig. '6.7. Cadranul unui altimetru cu afişare mixtă: analogic~ (acul indicator) şi .mimerică (con tor cu ro1e).

·

cadranul barometric se introduce presiune-a p 0::::760: mm Hg, aparatul va indica- altitulinea f~ţă de nivelul izobarei respective. Detaliile .privind funcţionarea aparatului se pot urmări pe fig. 6.6.- Erorile aparatului pen:-: tru,_ altitudini medii şi mari nu depăşesc +2o/~r- Pentru H==500 m,-'erorile sînt de +20 m, iar la H=O, eroarea este de +10 metri..

· Observaţie. Pentru ·executarea unor traiecte cu·· parametri coinandaţ1 de la sol se utilizează altimetre prevăzute cu index mobil (fig. 6.8).
Fig. 6.8._}\ltimetrl} :c~u iil~e~ ~om~ndSit-: VDt-JD)

i 4 -:-:-- r·8du,Gfur; 5 - potenţio·:: !Il~; 4'--' ~plifrea.tQr; ~-,.~ Jn:()1'JQr;::& ~2.. 83,· ~ ........._. l"ezimenţete d1,n liatu~ l -·index; 2 :- roată: di~ată·; ·:t' ~· xn,oţ& eleetr~ il'il~_J>unţţi

au,t:<>echilibr.ate.

formată· din ~zistenţe!e· R1, R 2, R 3 şi R 4 • Dacă puntea nu este echilibrată, motorul roteşte elenientele :menţionate pînă la stabilirea echilibrului. La echilibru motorul se opreşte, iar indexul ocupă poziţia altitudinii 'impuse. . ----..... '

:

.

..,

· -6.3.3. ·Aitim~tr:e e.u_corectoJ." de presiune statică. ~Presiunea âtmosferică nu este captată la valoarea ei adevărată• Din acest motiv a apărut necesitatea introducerii în altimetru a unor semria1~ corectoare a:presiunii statice~ Se examinează schema de prinCipiu a unui aparat pr:evăzut cu un asemenea sistem de corecţie care este prezentat :1~1

în fig. 6.9. Ea cuprinde indicatorul altimetric, un bloc de amplificare, un dispozitiv -de calcul a corecţiilor aerodinamice DCA şi un releu care se cuplează atunci cînd M>l (M -releu). Erorile llp de măsurare a presiunii statice, depind de numărul M:~ adică ÂP=f(M). Dar, aşa cum se va arăta în cap. 7, numărul M depinde de presiunea statică p şi de presiunea dinamică Pd· Aceasta înseamnă că se poate scrie: ÂP=f(M)=f(P~ Pa).

--, 1

1

·.

:·-t lndicof~(~, :

. Po

,<

•J

L-------

.,_ _

-•

_ _ .- - __-_- ___

C

---~ M

J

Ctimtf-H Ht~oclQp J:~'Jindicofilr - f •

L--------------------~ Fig. 6.9. Altimetru cu corector al presitinii statice.

Deoarece această funcţie este dificil de reprodus, ea· se pune sub forma unui produs de două funcţii, una numai de p şi cealaltă numai de pd: (6.21) Forma acestor două funcţii se stabileşte pe cale experimentală pentru fiecare tip <:le avion. Altimetrul se etalonează după formulele barometrice cunoscute, iar calculul eorecţiei aerodinamice de forma P=rft(p)fz(Pa) se realizează cu dispozitivul prevăzut în fig. 6.10. Formarea funcţiilor f 1(P) şi f 2 (Pa) se obţine cu ajutorul unui mecanism cu capsule aneroide şi_ monometrice şi cu potenţiometrele profilate· _r1 şi r 2 , iar înmulţirea celor două funcţii se_· realizează prin schema conexiune. a po'tei:lţiometrelor. Semnalul de ieşire se culege din secundarul unui transformator. Tensiunea de ieşire Ue este· proporţională tocmai cu eroarea llp (v. fig. 6.10). Indicatorul acestui tip de altimetru, are schem'!._de principiu arătată în fig. 6.11. Ea cuprinde blocul capsulelor aneroide 1, corectorul bîrnetalie de ordinul I şi II, transmiţătorul inductiv cu rotorul 3 şi statorul 4, motorul electric de inducţie 5, reductorul 6, transmisia elicoidală 7, cama 8, transmisia cu şurub 9 şi cama 10. La deplasarea centrului rigid· al blocului de capsule 1, se deplasează şi· rotorul 3_ al transmiţătorului inductiv. Semnalul de la transmiţător în-_

ae

168

r--1 1 1 1

-' P--, 1 1 1 1 1 1

L.:.._"""" _____ ~

Fig. 6:10. Schemă de· •Calcul acorecţlilor

·aer:Od.inam1ce.

Fig. 6.U. ·schema de principiu ·a. servo-

altimetrului:

c

•

•

baterie de capsUJ.e; z - comperuiator cu bimetal; 3 - a.rmătua-ă mobilă; 4 ....... trad~ctQr inductiv; 5 '-- m()'f;.qr de echilitxar~ (comi;:>-eri~ sare} automată; 6 :........ reductor; 7 ,_ angrenaj . me!Wat; 8 - camă; 9 -:- şw:ub fără şfîr:şit pen, ku introducerea lui Po; 10 -'- ca mă. 1 .,...:;

J

5 g

· Fig. 6.12. Constructia unui servoaltimetru:

M :........ motor de com:tiensar
i'

1 1,

sumat··eu ·semn.alţtl de la dispozitivul de calcul al corecţiei aerodinamice se introduce ·în ·. amplifi,catorul A şi apoi se aplică la electromotorul 5. Acesta.. ·.Prlii reductorul 6~ . • transmisia 7 şi. cama 8, ·deplasează statorul 4 al transmiţători.ttui ·inducti.~v pînă cînd semnalul la i~irea tran~iţătoru luLinduetiv~se·anulează.··~.rmultan, motorul roteşte aţul indicator al ;aparatuhii, ·tar_e ·indică zecile . şi sutele de metri, şi sumatorU.l, · care indică înălţinle-a ~~ km şi zeci de_km. Cama··8. este ::Pr.ofilată Corespunzător formulelor baromet-rire ·tlti~izate, realizîndu-se; relaţia.-k

m.

de.

6.4. ERORILE ALTIMETRELOR

Indicatiile: altimetrelor barometrice sînt afectate dice, cî,t ~l ~ti.~- grqri j~~ţ~men'ţale" ,·.

atît. d~-, erpri;

meto-

6.4.1. Erorile inetodice ale altimetrelor Erorile metodice sînt provocate de următoarele cauze: 1) variaţia reliefului solului; 2) modificarea presiunii la sol; 3) modificarea temperaturii medii a coloanei de·aer atm()Sferic~ Eroarea /1H1._ datorită variaţiei reliefl.!lrii se poate exprima cu formula:. - (6.22)

în care H~-este altitudinea terenului survolat în raport cu nivelul măriit iar Hd este altitudinea faţă de nivelul mării a punctului de referinţă faţă de care a fost adus la zero aparatuL Ergarea ÂHi poate fi evaluată cu aju tortil unor· biirti. speciale, Î1l care· sînt precizate valorile. Hs. Cunoscînd pe Hd Be·-poaţe _ca-icul~ core~ţia necesară altimetrului.)n cazul dirijării automate.,a .zborulufpe''tin .traiect dat, corecţia-:~.6.H 1 .se poate introduce 170

auto~ş.t cu Sljutorql_:unui mecanism d~ programare taţie.ţrebuie să fie proporţională eu viteza avionului.

a

cărut viteză

de ro-

Altimetrele se etalonează în condiţii normale_ de presiune .şi, tempepentru p 0 =760 mm Hg, T 0 =•288 K şi -r=0,0065 grd.fm. Evident; condiţiile concrete de, pe aerodrom pot diferi de cele menţionate. Din această cauză, după cum se poate vedea din formula (6.13), apar erori metodice, iar acul indicator al e~:paratului deviază de la zero. Pentru compensare--a-acestei erori, întreg mecanismul aparatului poatefi rotit cu ajutorul cremalierei, pînă la revenirea acului la zero. Deci această eroare poatefi compensată complet. Dacă modificarea presiunii p 0 la sol are loc după decolare, aparatul va indica înălţimea relativă eronat. Pentru evaluarea· acestei erori se presupune că în momentul decolării, presiunea atmosferică a fost p 0 , iar după decolare a devenit p 1; atunci aparatul va indica, conform formulei (6.16), altitudinea:

ratură, adică

- H~R_T:meain( ;}•

(6.16')

îri tiinp ce indicaţia corectă ar trebui să fie:

· Ht=•RTmea

In( :

1

{6.23}

)'

_··hnp~rţind pe (6~23) la (6,16') rezlJ.lt~.:

_ - -~.:InjJ,&ittr~~

,;

H 1 =H

iar eroarea

absolută

se

calculează

_

In p 0 -ln p

,

(6.24)

cu formula:

fl.Hz=Ht-H =H In

PI-ln Po In p 0 -In p

(6.25)

Pentru compensarea acestei erori este necesa:r..:-să-se cunoască-presiu nea Pb care poate fi comunicată ~prm.rnniot echip~jirliii.'>Eroarea 4H2. se poate obţine~direct:din foJ.mul~le (tt10"),şi{16;23)• Re.zultă·:

Aff:· ~;-Hi . H . RTme~l~ (. PI)-•-

care,. dacă se

notează

_

-

p 1 =Po+Âp0 -devine:--

AH2 _ RTmedln

(t f

~o)·

- P~~~ti~~-'4-po[p0 ~l; astfel, expresia (6:27) se AH-_

.L.l

2'-:--

RT

(6.27) poate~

_flP_Q_

sc:cie ·sub forma:

(6 . 28)

-~-·

:· -Po în concluzie, eroar~a fl.H 2 este proporţională'-

si unii de la sol.

(6.. 26)

Po

cu

variaţia .!lp0 a :pre~

171

Eroarea !:l.H3 datorită modificării temperaturii efective T~d, fată de · valoarea ei standard T med, se calculea2ă tot cu ajutorul· formulei (6.16). Indicaţia aparatului este deci:

H-n~~ In(~)· iar

indicaţia corectă

ar trebui

să

de unde, prin

fie:

.RT~ In(~)'

H'

(6.29)

(6.30)

împărţire, rezultă:

H'

T!ned

-=--· H T:!oo Notînd H' =H + ÂH3 şi

(6.31)

Tmed=·T:!ed + ÂT relaţia {6.31). devine: ll.T

.

llH3 = - - H .

(6.32)

r:ted

Avînd în vedere că llH3 ·este proporţională cu H, această eroare este multiplicativă. Pentru introducerea corecţiei ÂH3 este necesar să se cunoască temperatura efectivă medie a aerului. ln acest ·scop se măsoară la bord temperatura mediului ambiant, iar temperatura de la sol se comuprin radio.

nică

6.4.2 .. Erorile instrumentalecale .altillletrel,or Aceste erori sînt provocate de următoarele cauze: a). histerezisul. elastic; b) neliniaritatea ecuaţiei scării; c) frecarea în lagăre; d) dezechilibrul pieselor mobile; e) variaţia temperaturii; f) captarea imprecisă a presiunii statice; g) existenţa unei presiuni remanente în capsulă. Erorile a şi e sînt erori proprii oricărui manometru mecanic. Dacă altimetrul este de tip electromecanic, mai intervin erori instrumentale ·datorate traductoarelor electrice şi schemei electrice de măsurare adoptate. a. La un ciclu complet de funcţionare, caracteristica Wa=f(H) la valui H în sens crescător, nu coincide cu caracteristica W d=f(H) pentru H descrescător. Această diferenţă se datoreşte histerezisului elastic, adică unui fenomen de remanenţă propriu tuturor arcurilor. Pentru micşorarea erorii provocate de acest fenomen, capsulele se realizează din materiale· speciale, adoptîndu-se o tehnologie ·de. fabricaţie care să elimine riaţia

remanenţa.

172

b. Elementele care constituie altimetrul nu au caracteristici perfect liniare, iar compensarea lor. reciprocă nu conduce întotdeauna la o carac;.. teristică rezultantă riguros liniară. Din această cauză apar erori ·de scară, denumite astfel datorită faptului că la trasarea diviziunilor pe cadran se are în vedere o ecuaţie ~ ?f(H) liniară. Aceste erori pot fi micşorate prin reglarea individuală a fiecărui aparat. De regulă în construcţia unor aparate se prevăd mecanisme speciale de liniarizare a scării. c. Pentru evaluarea erorilor provocate de frecarea în lagărele mecanismelor de transmisie şi multiplicare se presupune că, în scopul învingerii cuplurilor de frecare, este necesar să acţioneze o presiune llp1, pentru care acul indicator nu se roteşte. Căderii de presiune llp1 îi corespunde eroarea llH1 .de măsurare a altitudinii. Relaţia dintre aceste· două mărimi se poate stabili din (6.13). Pentru variaţii mici llp şi llH se poate considera că: llPt=

dp dH

(6.23)

llHt=--r:H ·llHt,

în care, dacă se ia p(H) de forma (6.13), se baric vertical:

obţine

expresia gradientului

1

dp dH

Po RT 0

~H=-=---x

(

TH)--:;R - l ~

t-To

(6.34)

Pentru alte straturi, expresia lui ~fi' diferă; Prin· urmare, eroarea llHt în lagăre se calculează din (6.33) scriind:

datorită frecării

1

llHt= ~ llPi· ~H

(6.35)

Intrucît gradientul ~H scade cu creşterea altitudinii, înseamnă că erorile datorate frecării sînt mai importante la înălţimile mari d~cît la cele mici. Aşa, de exemplu, ~ 0/~ 20 =14, adică eroarea llH1 ~a H=~20 km este de 14 ori mai ·mare decît Ia H=;O, evident presupunînd.că . frecarea este aceeaşi. Acesta este unul din motivele principale care determină creş terea erorilor altimetrelor barometrice cu înălţimea. d. Dacă piesele destinate să execute mişcări de rotaţie sînt incorect echilibrate, acestea creează cupluri perturbatoare ale căror valori deyin .destul ~de .mari în timpul zborului cu suprasarcini. Pentru învingerea acestqr cupluri este necesară o anumită presiune llp1, căreia îi corespunde o eroare AHa, în indicaţiile· aparatului. Consecinţele acestei situaţii sînt identice cu cele menţionate la punctul c. Pentru eliminarea acestor erori se iau o serie de măsuri de ordin constructiv. Astfel, piesele mobil~ se'. echilibrează corect, se utilizează capsule cu suprafaţa efectivă cît mai mare etc.·· 1.73

e. Erorile de temperatură ale altimetrelor, de altfel ca ale oricarui manometru mecanic, se datoresc influenţei temperaturii mediului ambiant _asupra modulului de elasticitate al materialului .din care este confecţio nat. ~lementul~sensi~il elastic (capsula). - Liniarizînd dependenţa moqulului de elasticitate E, de temperatură rezultă: (6.36) in care E 0 este modulul de elasticitate iniţial în N/m 2, 'cxE - coeficientul -de temperatură a lui E, iar 11T T-T0 este variaţia de temperatură. Caracteristica elementului sensibil poate fi scrisă sub forma: p

_Ef(W).

(6.37)

· La o variatie a lui -E cu 11E îi corespunde o sau, altfel spus;

variaţie

a lui p cu 11 p, (6.38)

Dacă se exprimă acum eroarea de presiune dp în valori ale mărimii de măsurat rezultă: 2

llp='~HÂH-;-~a.EÂTp.

1

(6.39)

Substituind în (6.39) pe ~H din (6.34) şi pe p din expresia (6.13) rezultă: ÂH=;cxER(T0--r:H)ÂT. (6.40)

o

- După cum se observă din . (6:40~, er-oarea 11H are două corn- poilente: ·una aditivă cxERT0 f:t.T şi

cealaltă multiplicativă cxER-rHf:t.T. Pentru compensarea primei componente, în construcţia altimetru~ l11i se prevede un mecanism de compensare· cu bimetal denumit de ordinul 1._ Acesta este format dinFig. 6.13. Mecanisme de ~compensare cu tr-o plăc;qţă- bimetal cu pazi ţie rebimetal: glabilă, montată pe centrul rigid tţ.- ~njperisat~~r ~l0~fn.~1 1i1;t - compensa-- al capşulei (v. fig. 6.13, ci), . iar 1 -,. capsulă; 2 . .:..:.. bimetal; 3 -:o: bielă; -4 - .macalculul- săget.ii f se face for.niv.elă; 5 --: aroore. mulele mentionate în cap. 1. : · Compensare-a comporientef multiplieative a -ero'rii de temperatură se realizează cu mecanismul cu bim.etal de ordintîl-2 prezentat în fig. 6.13, b. se· observă că bi:nietalul•·influentează bratul de• manivelă de lungimea a. Variaţia acestui braţ~ Lla;, este egală cu î~covoierea 11! a bimetalului.:;..De. regulă,- pentru reglarea· lungimii iniţiale a braţului de manivelă a 0, se

cu

;174

şurub.: In: aceSt caz calculul bimetaluluj se face diferit faţă de cel din fig. 6.13, a~ De regulă, în altimetre se folosesc ambele compensa'Ware, primul pentru eroarea_ aditivă, -iar ·al doilea numai pentru eroare mtiltiplicativă. ţlentru _atnănunte de calcul se r~comandă lucrările. [16,

prevedec un

23, 40;c·96l .. .

f. Da~ presiunea statică se captează_ cu· o eroare oa:r:eca.re l:lp dato:.. locului de plasare ·insuficient de corecte a- prizei de _presiuni pe.avion, se:produce eroar~a: rită construcţiei şi

ÂH=Âp(C,H.

g. în interiorul capsulelor arieroide ·se· realizează un· vid· suficient de o presiune remanentă p~. La variaţia tempera--turii· atnbiante;··presiunea p, se modifică cu valoarea: ·

"i~aintat. ·Ţotuşi · persistă '

.

'

A. -

Pr~

p,.!iT 273

(6.42)

~ăreia·u 'corespunde o eroare de ~forma (6041). Pentru eliminarea acesteia $e impune (v. relaţia 6.40) realizarea unui vid foarte' înaintat în capsulă .astfel încît p,.~o.

6.5. CALCULUL ALTIMETRELO~

Datele. de calcul pentru proiectarea altimeţrelor sînt următoarele: măsurare; b) erorile admise; c) gama de variaţie a temperaturii aparatului; d) condiţiile de exploatare; f) cerinţe privind afişarea indicaţiilor. Prin proiectare se urmăreşte determinarea parametrilor .capsulei aneroide, mecanismului de transmisie şi compensatoarelor cu bimetal. Calculul se efectuează în succesiunea următoare:

c) gama de

a. Se determină caracteristica blocului aneroid, adică dependenţa
b. Pe baza curbei p=;;:;f1(.8). construită după tabelele hipsometrice şi caracteristicii capsulei an~roide w- f(p) se trasează grafic curba

W=f3(H).

-

175

-~

-

-~

c. Se ·mula:

deterniină

partea

-

- -

liniară:

a raportului de transmisie din for(6043)

unde cxmax este unghiul maxim de rotaţie a acului mare, iar ~x este unghiul maxim de rotaţie a elementului condus al părţii neliniare din me.canismul de transmisie .. In funcţie de acest raport se determină parametrii mecanismului liniar de transmisie. d. Se determină caracteristica oc ticii
f 4(H)

prin

împărţirea

caracteris-

.e. In funcţie de caracteristici!~ W=f3(H) şi cx=f4 (H) se determină -caracteristica părţii neliniare a mecanismului de .·transmisie cx-f(W).· Parametrii mecanismului de transmisie se ·determină conform relatiilor
g. Pentru calculul erorilor se

procedează aşa

cum

s-a.· arătat

în§ 6.4.

6.6. ALTIMETRUL DE CABINĂ

. · Pentru ~rearea · condiţiilot vîtale p~ timp11l zborului la D1are înălţime, ·cabinele .avioa~elor _sînţ erme.tice~ .h1r 'în i~teriofiLI· lor .se ·. mep.ţine . ·o . presiune superioară Celei afrnosferice, pr:ocedeu cunoscul· sub denumirea de p,mllilfg·

700

600

JOO 2

200

~~~---~~~~~~---~~~~~~~'

o

2 4 6

a mu

Fig. 6.14. Graficul de

~

m mm

variaţie

~ ~

H.~

a presiUnilor:

1 ~presiunea conform atmosferei stanctard; 2 .....-presiunea in cabina ermetică a avioanelor monoloc; 3 - presiunea in cabina ermetică a avioanelor de pasageri.

176

"presurizare". Este necesar un aparat de bord care să controleze doi parametri: "înălţimea" în cabină şi căderea de presiune. Prin înălţimea în cabină se înţelege altitudinea care ar corespunde, conform atmosferei standard, presiunii stabilite în cabină. Evident Hcob~H, căci Pcab~P- Prin cădere de presiune se înţelege diferenţa Âp, dintre presiunea din cabină Pcab şi presiunea atmosferică: ÂP=i]Jcab-P (fig. 6.14). Un asemenea aparat reuneşte în carcasa sa două instrumente distincte (fig. 6.15). Unul

Fig. 6.15. Schema

cinematică

a altimetrului de

cabină:

cad:ran; 2 - sector dinţat; 3 - axă; 4 - compensator cu bimetal de ordinul II; 5 - ,bielă; 6 - manivelă; 7 - compensator cu bimetal de ordinul I; 8 - centru rigid; 9 - capsulă aneroidă; 10 - ştuţ; 11 - conductă; 12 - bielă ; 13 - centru mobil; 14 - capsulă manometrică; 15 - manivelă; 16 - compensa tor cu bimetal de ordinul n; 11 - axă; 18 - arc spiral; 19 - pinion; 20 - cadran; 21 - ac indicator; 22 - pinion.; 23 - sector dinţat; 24 - arc spiral; 25, 26 - şuruburi. 1 -

dintre acestea este un altimetru format din capsulă aneroidă, mecanism de transmisie şi o scală-disc mobilă pe care se citeşte altitudinea în cabină. Carcasa comunică cu cabina; deci- asupra capsulei acţionează presiun~g,. di11. ~abina Pd,ab~ - Celălalt ap~rat este_ format dintr-o capsulă deschisă, care comunică printr-un ştuţ ·cu presiunea atmosferică captată de priza de presiune static~. _4supra aceste,i capsule acţionează deci două presiuni: una din interiorul-ei,_p, şi alta ,din exterior, PC(lb>p. Rezultă deci un manometru diferenţia! care--măsoară tocmai căderea de presiune !:l.p=Pcab-P·

12 - Aparate de bord

177

MĂSURAREA VITEZEI DE ZBOR

7.1. DEFINffiEA-VITEZELOR DE ZBOR

Viteza· de zbor este un parametru fundamental pentru descrierea performanţelor unei aeronave, de importanţă vitală în activitatea de pilotaj Şi de nayigaţie aeriană. )~}ste :CU!l:OSCUt_ eă evoluţia .centrului de masă al unui avion în _raport cu 'Pămîntul·l!ste"Caracterizată cu. ajutorul vectorului viteză totală- v t· Acesf vector poate avea o orientare oarecare (v. fig. 7.1). În pilotaj şi navigaţie nu interesează vectorul V, ci componentele acestuia

luate în raport cu sistemul de coordonate orizontal. Axele acestui sistem sînt: direcţia est, OE, direcţia nord geografic, 0'Y) şi verticala locului, Ot,. Curba descrisă în spaţiu de către centrul de masă C al avionului se 3'

8

Fig. 7.2. Triunghiu( vitezelor.

Fig. 7.1. Definirea vitezelor de zbor. numeşte

traieCtorie (curba AB).

Proiecţia

_traiectoriei pe planul.oriz.ontal,

0E'Yl, se numeşte traiect _de zbor (curbaA'B" din fig. 7.1). Proiecţia vectorului ·v t în planul or:izbntal reprezintă viteza de drum W, iar proiecţia

lui Vt după axa verticală Ot, - viteza verticală Vv. Dacă IX este unghiul format de yectorul Vt cu planul orizontal, atunci Vv= vt sin IX şi W=VtCOS oc.

i78

Pe de altă-· parte· este evident că viteza verticală altltuc:Iiffiiîn punctul respectiv adică: · ·

reprezintă

derivata

(7.1) De regulă, se. consideră că masele ge aer se deplasează orizontal cu viteza U. în consecinţă, viteza de drum W se compune din viteza V de deplasare a,_ avionului faţă de masele de aer şi din viteza vîntului U. Cele trei mărimi se compun vectorial si formează triunghiul vitezelor (fig. 7.2). Unghiul format de··vectorii V ş_i W se numeşte unghi de derivă D. Pe fig .. 7.2 s-a.hotat .cu .CA. capuladevărat,iar cu DA drumul adevărat. Direcţia vînfuh1F este precîzată prin unghiul ~. Relaţia între cei trei vectori menţionaţi este: (7.2) Viteza V, eq care avionul se deplasează în raport cu ·masele de numeşte· viteză .adevărată sau proprie. Raportul dintre viteza V şi de propaga~e în ae:rl a sunetului, a, se numeşte număr Mach:

JYI=Vfa.

aer se viteza (7.3)

Viteza (de calcul) fileurilor de aer corespunzătoare valorilor normale a. le. p.re.si·u· ni·i·, d.··ensităţ_·· .· tem __ · peratu~ri" . erului de la. so.l (p0, ,p 0 , T 0) se.nu-. meşte 1Je,it.BZV~~·-, · ~ i· ln general: Vi< . Aparatele care permit măsurarea vitezei în raport u masele de ·a-er_ numesc vitezometre aerodinainice ~a,u şimph,I_, vitezome.tre. IJJ.strumentele, cu care se măsoară viteza verticală :ş~_jJ.Uun.ţsc vqri~tte;;,"i~r, ·.cele cu care se determină numărul Mach~

!/iulch,riz,etre. c:.

: · •

•

·

7.2. M1ET0DE DE MĂSURARE A VITEZEI Pentru

măsurarea

vitezei de

·a·.·.t.·ă·.·._.'

deplcişa,~;a:~viP'MelQrcfu~raport

ă·r,ată şr_· m:ăru_l~.-

cu ma-

s.·e· le. mai d.·.·e...aer_.····(····v·•·i·t·.e· za·····.i·n.·d.·i. c· J~)intre . ·.v.·i·t··.·e.zacestea _ a_··.·.·ad·.·_e._v·...· se _menţionează~~metoda . •. ·.nu_ ·ac. c.fi.5_se pot uti_·li~ multe" metode. !!!illl.O-=-~c_._.u._~_.n_._rfs.~_:c_~.-_~u. . tă.. ·s. '"·t.· s_u_·}3°_. - _cJe_._ţl_._~~ile .. _de I?_n_eu.m_.. ometn:aw _sa?_·..._._a.erodina-. ~.~!~_~. fV'·~ ... rh.etoda .. terrnodtnamlCa.; f!)J_metoda . anemometrtca ŞL(~.mtj;oda ultrc;tsoniCă. "ite:ta de drum, W, pcrate ft determinata cu: a) metoda rezc>lyanl. triungpiului vit~zelor (:v . .fig. 7.:2);. b) metoda vizării unor repere ter~sţre~ c) rnetoda Doppler şj d). metoda inerţială. · ~-~

-- ---.......

-

-

. ··7 .2·.1. Metoda ··manometrică .

Această metodă se bazează tqta1ă Pt• şi presl11nea st;;ttică p a raportului dintre aceste două

12*

.

pe măsurarea 'diferenţe! dintre presiunea a fHeurilor incidente de aer (Pt~Ph~sau presiuni, (p;jp). Presiunile Pt şi p se· .cap-

\~

1

tează

cu ajutorul unor prize (sonde} de construcţie specială. Priza pentru resiune totală. p este un tub, orientat paralel cu fileurile de aer (ng4 7.3). · une statică este orientată_ !n acelaşi fel ca ŞI precedenta, Pr1za pen cu deosebirea că orificiile pentru captarea lui p sînt plasate lateral, la o distanţă suficient de mare de vîrf, pentru ca valoarea ei să nu fie perturbată; Cele două prize pot fi reunite într-un singur corp (fig. 7.3, b).

b

o Fig. 7.3. Schema a -

de.măsurare--a

presiunii dinamice:

schema vitezometrului; b .....,.

priză combinată.

Aerul sub presiunile Pt şi p are acces în aparat prin două conducte. Una dintre conducte permite stabilirea presiunii Pt în interiorul capsulei, iar cealaltă asigură presiunea statică în carcasa etanşă a aparatului. În felul acesta, asupra capsulei acţionează cele două presiuni: Pt din interior, iar p din exterior. Aparatul nu este altceva decît un manometru diferenţia! care măsoară presiunea dinamică Pd=Pt-P, dar este etalonat în unit~ţi de viteză.

-.t 7.2.2. Metoda termodinamică 1În cazul acestei metode se utiUzează fenom·enul de frînare dinamică :a fileur110T incidenre de aerr. Cu acearsrtă ocazie se produce 1încă·lzirea

aerului frinat. La frinarreaoompletă a fHeuri1or de aer, !temperatura absolută realizată are expt~esia Tc~i(l +0,2 M2)T; iar în cazul frînării -in:oom-:plete Tc=I{1+0,2~M 2 )T, m care ~ este ·coefi:cientul de frînaTe a cărui va.:.. ·1oare depinde: de configuraţia ori.ficiu~ui de captare şi de punctul în care -se mă!Soară temperatura. aducto_arele folosite sînt de regU'lă, :rm ~ Dacă ISe utHizeâza două rtraauctoare ~de rternpe~artura, 1 eilJtlC€; ·4ar cu coeficienţi de frrînare ditferiţi, ~ 1 =#=~ 2 , semnalele captate vor fi: Ul=ST~ =Sl{l+0,2~1M2 )T;

r

U2=ST~ ===~(1+0,2~2M 2 )T,

ut\de T ·şi T~ !Sînt temp~aturile mă~surate de traductoare, iar S :SioHitatea acestora. i

180\ \

sen-

Raportul semnalelor u 1

şi

u 2 nu depinde de T; astfel se scrie:

(7.4.) Dacă

se

rezolvă

(7.4) in mport cu M

rezultă:

M=·' V ~~-0"~2

5 (a-1) ,

(7.5)

formulă care trarea căreia

poate fi caJlculată cu ajutorul unei scheme adecvate, la inse introduc semnalele 'u 1 şi u 2 • Focmu1ele {7 .4) şi (7 .5) pot fi pr·elucrate astfel încît să :se obţină formula de calcul pentru viteza adevărată V.

·t 7.2.3. Metoda anemometrică 1

O :Variantă a acestei metode constă în măsurare\ ~nghiului de. rotaa unei plăci, prevăzută cu o •contragreutate, sub in!lluenţa forţelor a~odinamice ale curentului de :aer. ·înrtT-o .a:~tă variantă, pentru măsuraw: rea. ~itezei curentua.ui de aer ~se- face o converti~e p~ea.·lalbHă a acestei mărimi în miŞca~~ de il'Ot(lţie. Turbinele foJosite în. ;!aoes>t !SCOp pot fi cu palete tangeri:ţiale~ sau axiale {rfig. 7.4). In fig~ 7.4, a este reprezentată o

ţie

--v----

-v------

~-

b

o -Fig. 7.4.' Anemometre cu

turbină:

. a .:._ · tangenţială cu cupe; b -

axială.

turbină

tangen:ţială cu cupe ·de formă semisferică. Dacă se neglijează frecal'_ea în lag·ăre, viteza de rotaţie a ~turbinei din fig. 7.4, a 1se exprimă in funcţie de. vilteza V cu relaţia .(J)•=:kV. Această metodă nu 1se utilizează la bordul avioanelor; în schimb este foarte răspîndită în meteorologie şi· se foloseşte pentru măsurarea vitezei vintului.

181

7 .2.4. Metoda rezolvării triunghiulUi vitezelor , ~-- · Determinarea vitezei de drum, ·W, se poate face din triunghiul vitezelor (fig. 7.2) dacă se cunosc vectorii V şi U. Modulul vectorului V se măsoară În. zbor orizontal
7.2.5. Metoda

vizării

reperelor terestre

Metoda se bazează pe operaţia de vizare a unor repere terestre 'Care se găsesc in cîmpul de observaţie ·al vizoruJui optic şi permite determinarea vitezei de drum W. Cea mai simplă posibilitate de .determinare a lui W constă în măsurarea timpului t, în care un reper t·ereSitru, aflat iniţial 1la vertica1a :locului, este vi1zart sub unghiuJ oc. Se :Eormează un triunghi din care, ·dacă-se cunoaşte_altitu~linea H· şi timpul t;-rezll'lltă viteza de drum W-::Htg ~ţt~ Dacă· cse ia ..oc , .45° atunci ~se obţine. W -:H/t~ Aparatele oare permit măsurar€'a llui W se numesc cinemometre. ExiSJtă cinemometre automate care permit· determinarea continuă a .vitezei W .. Dacă aparatul pennite măsurare .atit a 1ui W cît .şi a derivei, ei se J::rilmeşte · cinemoderivometru. Cinemoderivometrele optice pot fi utmizate numai în condiţii de vizibilitate a reperelor. Dacă se foloseşte imaginea de radio'locaţie a solului survolat, determinarea mărimHor W şi D se poate face în ·odee condiţii meteorologice~. ·M:~oda Q-oppler şi cea inerţială sînt met~€;;; rnoderne ·larg utiHza~ ii a\V~aţie· şi ln teh?ica.. rache,telor. E1e vor ·ft. prez·entarte:·în cadrul capitoleloi- eon~sacr.alte metodelor de navigaţie.

7 .3. TEORIA ·VITEZOMETRELOR AERODINAMICE Prezentînd metoda aerodinamieă de măsurare 'a vitezei şi a număru lui M este necesar să se stabilească relaţiile dintre mărimile Pb p,_ Pd, V, M şi· T. în acest. scop Ee apLică ecuaţia lui Bernou1li unui. tub de· curent separaf din f.luxuJ incident de aer şi frînat ln plinctul eritic al pri:zei de .presiuni (fig. 7.5). Punctul eritic este earacterizcut prin artulocea vitezej V. Jn·C!JZUl vitezelor~ mici •(M <0,5) Se. poate scrie ecuaÎţia lui 'Be~n:ou1li (neglij~nd 1COmpreşihiUtatea aerului) în secţiunile 1· şi 2 . (fig~ 7.5) sub forma:· {7~6)

182

Ţabelul

Relaţii

~~:

Domeniu de valabilitate

Formula. de cqlcul

2

3

7.1

de calcul pentru prizele de presiuni

Tt:::::T[l+(x;-l)M2f2]= =T(1+0,2M2)

<

Pt=p[l+(x-1)M2/2]Â.::::: = p(l + 0,2M2) 3•5

Observaţii

M<0,4; ~ = 1.2~5 kgfm3

Formula lui Bernoulli

M :;:1; x=Cp /C1) =14 '

La frinare (V=O)

<.

completă

<

.M::;;.1; J..=x/(x-1)

,Ecuaţia

lui Saint Venant

R=Cp-Cv:::::

287,14 J jkg · grd. Cp=1004,5; Cv=717

M~i; ..

)._=3,5 «

.5

x-1

)Â. _:1

M
Pa)P= ( 1+ - - - . V2 2xRT

-Exprimă pdfp=f(V)

L

a 2 =xRT.

--.--· 1------~-----------------l·-------------l·------~--------~ Exprimă

M < 1;

n==7(~-1)/x:~l/J..

---1~

.•·,'

<

._,_

-:yb,V~RTi:[
<

··-

••

-ii

8

10

Pt= P+ ( pV2/(2)(i+M 214+ 2

~ 'T'

V=f1(P/P)

<

"'·''

.;

.

'

M
Exprimă V=f 2(pdfp)

M
Exprimă

M
c: -

M>l

Formula lui Rayleigh

M =f3(P/P)

corecţia de compresibilitate

+M 4/40)=P+ pV (l+e:) 2

11

'12

7

166,92M -Pa = ___ ___,",__;_1 p

.M>t

(7M2-1)2,5

185

rezultă:

(7,22)

unde qc este presiunea dinamică (sau aerodinamică) cu considerarea comaerului. Se vede că presiunea Pd calculată cu (7.22), ~respec;... tiv· (7.17) are ·:o valoare superioară celei calcuiate cu formu1a (7.7). Relaţiile prezentate au valabilitate numai Jn regim subsonic (M < 1). In cazul curgerilor neizentropice ra}:>oitui presiunilor în cele ·două secţiuni: esf-e dat âe ecuaţia undei de şoc. Dacă între secţiunile 1 şi 2 unda de şoc este-dreaptă, relaţia dintre Pt şi pare forma: presibilităţii

(7.23) numită

formula lui Rayleigh

care~ dacă

se .ioa x=l,4- şi 1-.=13~5 devine:

166,92 M 7

-Pt=-P c

(7.24)

(7M2-t)M ,.

Din aceăstă ultimă formulă, v~labilă penct:ru M ::> 1, se observă -·că, analog· cazuriJ.or precedente~ pentru · măsu~arrea numărului •·M în regim. supersonic este- necesa~---să -se mă'Soare presiunile Pt şi p. In schimb dacă se oere ·determinarea viltezei V -.este necesar să se --_·facă _măsurători. şi asupra temperaturrii. Tabelul 7.1 cuprinde un rezumat a'l relaţHlor de calcui pentru prizele de presiune. Relaţiile de ·la numărrul curent 4 şi 12 din tahelui 7.1 permit să se întocmească tabele de valori Pd/P ._ .f(M) pentru M § 1. Cîteva valori sint date în tabeJ.ul 7.2. Tabelul7.2

Valori ale funcfiei Pal p=-f(ii) •·

o

M

Pa/P

0,2 0,028

o

-

-

M P11/P

7.4.

1,2 1,407 - -

1,4 2,049_

CONSTRUCŢIA

0~6

-

--·-·

/0,4 0,116

0,275

0,8 .0;524

1 0,893

1,6 2,805

1,8 3,67{)

2 4,640

--

·····

PRIZELOR DE PRESIUNI

Precizia ·de determinare ·a mă'I'imi1or ·V şi ·M- îri ,c.a:dru1·· acestei :metode depinde in .mod hotăTiîJtor de corectitudinea cu ·care sînt captate presiuni'le Pt şi p, prin urmare, de corectitudinea construcţie·CşY montării

186

prizelor de pr•esiuni pe :aeronave. După cum s-a menţionat deja, presiunea .totală Pt se ·captează cu un tub ·de formă oilindrică (sau specială) avînd un orifiCiu central· (f.rontal). Aeest reeeptor se numeşte !Jjb .ffi.tot (fig. 7.6; a). Dar- pentru deteiminarea viWzei este necesară şi mărsoc.area presiunii cStatioe p. Captarea acestei presiuni esrte legată de multe dificu'ltăţi; deoarece perturbarea curentului de aer de către sondă face ca valorHe.recepţionâte a:le presiunii să nu ·fie cele exacte. Receptorul creat în ace-st scdp (fig~ 7.6, b) culege presiunea p · din or-i{icii dispuse t~uig~nţi~l faţă d~· linia de cu-· rent la o distanţă de aproximativ t:rei diametre·fată ·de bordul de atac .. Acest rece'ptor se nuineste sondă de presiune statică, iar . conilitiif=~el····. masutalort exacte est~ ~ca înclinarea• axu.lui ei ·Iongitudînal faţă de 'direcţia curentului de aer să nu depă~: sească ·5°. Din- combinarea tu.:.. bufui :pitgt cu sonda de presiunestatică a rezultat tubUl Pitot;_ . J>randtl (fig. 7.6, ,cr'"'Care · permite transmitere a la ·locul dorit a ambelor presiuni: Pt şi p în vederea j!r~Hucrării lor ulte-

rioare _!'p~)1ir:
·:Fig. 7.6. Sonde .aerodinamice:

tq.b Pi'tot; b - sondă de presiune. stati.că; 7 - tub Pitot7 Piraridtl.

Vi, V, -M ~tc.ln ultimii anipri- a zele de presiuni au evoluat mult. Dintr·e- ce•1e mai peTfecţionate se menţionează sondel·e de tip KoUsman prevăzut,e eu .circuite de.· dejlivra~e şi ,cu conducte de· decantare a apei. De . . - este de -retinurt consfu'uctia modernă a 1SOndei 'SUp€I'SOnice h~foi1s-Ba . (fig. 7.7), preyăzută ·cu' un ci:rcuit de înc·ăli1re eleotrkă

Fig. 7.7.

Priză supersonică

Chaffois-Badin:

suport izoLant; 2 - reziStenţa dJe îil!Călzire .(300 W); 3 - inel de ,rugozitate pentru curgere laminaTă; 4 - deflector pentru picături de apă; 5 - camera de presiune totală; 6 - orifichde de~antare; 7 - orificii pentru presiunea statică. 1 -

~~ şi.· cu defl€ctor ~ritru ~împied1cru-ea ~~tru.nd:~jj _p:~c~turiloT

în_sam€Ta de pr€1Siune-t·otafa:------·--·~~ -~-.,. · ~- · · · ~--.. ~.~în cazul vitezelor supeT"soriirce, în rfaţa prizei de presiuni se formează o undă .de 'Ş'oc.-(ri€:-·7~8:··(ij·m-spateie-carera pres1unea atmosferică ~stad~ :~2.ă

187

) tică)

este perturba:tă. 'În eonsecinţă, prin o~ificiile 3 se cu.'lege o presiune de vaaoarea ei reală. Pentru măsuTarea 1ui V si M !la viteze supersonice,_ este necesru-. să se cunoască. presiunea totală din unda de şoc şi presiunea !Statică, însă din zona neperturbată~ Prizele obişnuite de presiuni, care reunesc prize de presiune totală s· c de· res1une ~ tica In ace a, 1 , eş1 raspm 1te r 21i tă soluţii oonstrucIVe optime, căci orificiile dispuse pe supra:faţa tijei vor capta o . presiune statică perturbata din cauza undei de şoc. Pentru măsurarea presiunii statice la viteze su ersonice cu rec1z1e .su er10ara, se recomandă priza în formă de pană (fig. . , . La aceste prize planul AB trebuie să. fie paralel cu planul de simetrie al avionului astfel cam iferent e u . --ue--inctdenta, supElfaţa AB este paralelă cu vec oru · - se are în · vectere zt>orul · ~ra glisat'tâ).- Dal()t :ttă acestui fapt, Pe suprafaţaA:lr'nii~-se--i5roduce o unda de soc, b are loc doar o perturbaţie diferită

•

·V

-

·are~~modlnca--pre:Siui1ea'·~stabca.

Unda de _şoc e. compres1une se s1 uea n partea planului înclinat; în acest fel se justifică plasarea orificiului pentru presiune statică pe partea suprafeţei plane. O·"altă variantă de sondă pentru presiune· statică_" Fig. 7.8. Formarea undei de ~sbnata masuratorilor Ia VIteze. s_u:eersoni-: şoc; ce, are forma de tub cilindric cu vîrful ascua - pe priza cu virf rotunjit; tit si cu orificiile de captarea pr-esiunn sfa~ ~ J'n~Teaş~ ~~~t ~e,!~~~2 disguse .distanţa :mare:. ?e~,~~i~!-:. 3 - ;~!~~i ~::c~: captarea da; fig. :7·;9 ~·Şint:: ~ijhtate r$\ţttie dimensionale dintre· diametrul tijei D, lungimea ei şi dista;nţa de la vîrf la orificiile 1 de captare a presiunii statice·. Totuşi,. este mai frecvent utilizată priza de presiuni combinată, la care însă orificiile de captare a presiunii statice se găsesc la o distanţă de la vîrf de cel puţin 10 D.

i!Ce'

.·Ia

In

C3ta_.. 9.-· --.. c__ao7 =-····.· j3Fig. 7.9.

Priză

de presiune

statică.

Presiuni1e ·captate au val·ori corecte numai dacă axa dzei c c e cu direcţia 1 eurilor ·incidente de aer. D,all' aceste prize sîntt montate rigid pe aVron, · cu ajurtOTu[ unei ttije surfici~nt de [ungi pentru a ile scoate de sub influenţa perturbaţiilor create de corpul avionului. Axa tijei, şi deci a prizei, :trebuie să fie pai'Ia1elă cu axul longitudinal al avumulul. o .con..:

188

secinţă dir€1Ctă a montării .rigide pe avion ~ste faptul .că, dacă zboară sub anumite_ unghiuri de incidenţă sau cu glisadă, priza

avionul de presiuni nu mai este paralelă cu fHeuTiie de aeT, deci captează eronat presiunHe. Aşadar, presiunile captate de ind de unghiul de incidenţă şi de cel de grlisl8! . e numărul . n 1g. , a se poate veaea 1nt1uenţa unghimil~if cx şt âe gli:sadă ~' asuiJT!a presiunii ~-Pzo -tz-

p 1,0 o_gj

-Il.OS

IJ.90 1,0

fl85 tl-80

0.5 0.7 ll.B Fig. 7.10.

(},9

-0,/0o

1.0 H

Influenţa mărimilor e1,

/0

!'

şi

20

30 0(,/3(grode)

M asupra presiunilor Pt şi p.

totale captate, iar în fig. 7.10, b inlftluenţa numărului M asupra presiunii statice captată sulb diyerse unghiuri cx şi ~- Pentru corectarea presiunilor captate e.srte necesaT să se mă1soare mărimi'le cx, ~ şi M şi să se calculieze semnalele corespunzătoare de compensare. Captarea c1!t ffi! • a resiunii statice impune să se acorde o atenţie . :eos€bit~ plas;ării orificitlo:r 1n , · 11 sint date\clteva dîniens1iliî1 ale une1, prrze comoinJat~ utHi~ată pe avioane supersonice. Se poa,te observa eă există trei grupe de orificH pentru captarea presiunii statice (soluţie oa:re permite o medi~re a p:resiunilor cu~ese 1a diferite unghiuri de incidenţă sau di'SitrilbuiTea presiunii sta~tţce la diverse grupe de aparate de bord). Experimental s-a colliSrf:atat că pentru mkşorarea erori[or de captare a presiunii totale cu unghiul de inddep:ţă, dau rezultate mai bune priw

Fig. 7.11. Plasarea orificiilor de captare a presiunii statice.

zele cu viciul troncohic deeî1t cele cu vîrful rotunjit. Pe de altă parte, orificiile de capta~e a presiunii 1srtatioe dau erori mai mici la diferite unghiuri de Jncidenţă, dacă sînt plasate nu după o cir:cumfednţă, eL grupate în partea de sus· Şi in oea de jos a prizei. în fig. 7.12 sint p~ezen tate curbele de etalonare pentru un. tub Pitot clasic şi pentru un tub Chaffois~Badin. Se observă că eroarea,de captare a presiunii statice !:J.p

189

Fig. 7.12. Curbe de etalonare pentru tubul Pitot clasic Chaffois-Badin.

6

7

şi

tubul

10

statică şi. totală·: 1 - apa['atele de bOI'
Fig; 7.13. Schema de principiu a magistralei de .presiune

.

190

-ratele de bord ale ·navigatorului.

raportată la presiunea- dinamică, adică expresia Âpj(p,-p) este :rnult mică 1a.cea dedoua sondă, chiar şi în zona vitezclor trnnssonice; -Observaţie. :P~izele d~- presiuni pre~entate sînt cone·ctate într-o reţea de. C()nducte care formează la bo~d aşa-numita magistrală a presiunilor statică şi totală. Schem? de principiu a acesrtei magistrale se poate vedeaîn fig .. 7.13. Reţine atenţia faptul că pe lîngă prizele de presiuni

a

mai

principi=tle~ instalaţ1a .este prevăzută .cu 'sonde de rezervă.

observa

numărul

această' reţea

mare · de

aparate· · care - necesită

-să

Se mai poate fie_ conectate la c

pŢesiuni.

de

7.5. CONSTRUCŢIA ŞI CALCULUL VITEZOMETRELOR PENTRU VITEZA INDICATA Struc.t.:ura unui. canal de măsuJ'Iare a vitezei Ja bord pe cale aero~inamlcă ~j)()Clte iL concepută în două vai!Îaniie: a) sub forma une1 Instalatii autonom·e oare presl1pune legarea =tUbului Pitot-Prandrtl prin :.4ol1ă c0r1tloge de' un dispoZitiv ~ mecanic (ma11oinetrul diferenţiaiy-monlat- tâ)bioul de ,t?Qrd; 6) sub- fonna un:ellTIJStâiaţn Integn:rte ·în si:stetiitti. lEle a parametri1or M, Vv, H etc. Sem.nailul referitor la· ~siuP:ea

Pe:

v.

·

este conv~r_t!t îqJtr:::~rim€ . el~!!J~~L§Ll2_J.:e]ycr~.. întŢ~.un hioc. ce"'"--are ·parte . din centrala · aerodinamică.· ·Această. sl:TUCtură (fig. 7.14) prezintă cîtev·a avantaj~ esenţiale. Astife~- .oonvertirea lui: ·Pil ..

·. ~(;~ ri'_··-,~~~~---~~---~::~:;V ·

~

·.

--

~

tie co/cv/penlrv/1

. 1

l

--~1fig. 7.14. StruCtura

·;"

integ~ată.

,

. :

·.·.•

.

.

1

"

1

'a canalu1uî de măsurare a vitezei de

zbor.

·

~lectric permite să se· introducă o sede de corecţii care amejio~ază performanţele instalaţiei, iar folosirea .unui bloc de -calcul

într-un semnal

dă·-~:r~zţtltp,te .. ori'G'UQl -mai îbune decît dispozitivele mecanice. -: '

,-."._

~:

_.

·:;

.

;:._

·7.5.1. Necesitatea

cunoaşterii vitezei

indicate

Pe timpul pilotării manuale se utilizează aparatul care- afişeaza vit-eza indicată~ iar, pentru ,pi'lotarea aut~oinată Se folosesc fnformaţiile ~obţi nute. de la transmiţăto.rul presiunii aerodinamice qc.. Aparatul C(;lre _in..;; 191

dică pe Vi este .în mică ·qc. ·Cadranui

fond un man{)ffietru care măsoară pre8iunea 'aerodinaacestuia este etalonat în unităţi de viteză, ~onsiderîn du~se parametrii âtfmooferici (p 0 , T0) de la sol. Cunoaşterea presiunii qc este necesară pentru evitarea unor greşeli de pfl.otaj. Ea oonstituie un indidu asupra forţei portante a avionuiui. Vitezometrul .penrtru viteză indicată fiind etalonat în unităţi de viteză, furnizează informaţii continue asupra paTametruJui Vi. Valorile limirtă ale acestui pa!I'ametru nu se modifică cu variaţia înălţimii de zbor,· deoarece în formu[a (7.21) se consideră P'='Po indiferent de H. Este evident că acest aparat ·foarrte util pentru pi'lotaj - este cu totul impropriu pentru navigaţia a&iană ~ci~<~ '

7.5.2. Calculul vitezometrului pentru viteza indicată

r

1

1

1 l

1 1

Schema cinematică a unui vitezometru pentru viteză indicată este identică cu cea p~zenrtată in fig. 7.3, a. In ·cazul în care acest apavat rse ţealizează într-o {~a·roasă şepar(il!tă, reu rcaclran propriu, seiau unele măsuri

co~stTuctive, cum.:ar,fi: a}.folos1irea _pnei scărL,atenuare;. b) afţşare.ctJ!ldJ:~ . caţiilor. cu ajutO:nil a două. mecani•sme scară;. unul precis şi altul gro... sier. De regu-lă, acest aparat se găseşte în ţ1eeeaşi carcasă· cu vi•tezometrul pentru virteză adevărată.

de

a. Stabilirea ecuaţiei scării. Pentru d~duoerea caracteristidi statice 1se are [n v•edere schema structurală •a aparatului care eSite formată di~. t,rei elern,ep.te. (ecuaţia scă•rii)

..,_;

b. Eleme;_tul· 1, este un elemeht ~vefi~bnâ:I; oare expr1ma conver.. tirea vitezei de măsutrat Vi, în presiune dinanikă Pd· Caracteristica acestui element se exprimă cu ajutorul rel•aţiei (7.17) în care se fac substituţd.He p . p 0, T=T0 şi V= Vi:

Pd=Po [( unde p 0 =760 mm Hg

şi

1+. <~;:;~~ir·-1],

(7.25)

T 0 =288 K.

c. Elementul 2 este constituit din oapsU'1a manometrică; aceasta con~ presiunea· dinamică Pd, in depl·asa'l'e rectilinie ·W; cara•cteristica ei se ·consideră, deocamdată, liniară: verteşte

W=S 2pd,

(7.26)

unde 8 2 este sensibilit·atea capsulei. d. Elementul 3 este format din mecanismul de transmisie plicare, care converteşte dep1asarea Jiniară W, îri mişoat>e de 192

Şi

multicx

rotaţie

a acului îndicator. Pentru mecanismU'l bielă-manivelă oori::tbinat 'CU angrenajul sector ~l tribc, rezultă caracteristica:

IX=.·:~

(arcsin ( : +sin ~o) -f'o]'

(7.27)

în eare a şi ~0 :sînt lungimea şi unghiul iniţial al maniveleit iar zdz2 :raportul de transmitere al angrenajului. Caracteristica s~tatică a aparatului se poate obţine din relaţiile (7.25), (7.26) f?i (7.27), eliminînd mă,rimile intermediare Pd şi W:

reprezintă

1

z1 s~ [ p0 ~ arcsin--:

j( 1+

(x~l)V[ )Â. · ·) ] ) xRTo · ---:-1 +sin ~o -~ 0 • 2

(7.28)

Cadranul, ale cărui diviziuni sînt trasate după ecuaţia (7.28), va avea O 'sensibilitate Variabilă, oreScă1toore; in timp ce de fapt est·e necesară o scară atenuată, adică eu sensibilitate -1scăzătoare ·cu ·cresterea lui ·o;~· Pentru a obţine caracteristica dorită, este necesar ca ecuaţia s~ării să lie descrisă de o funcţie dată, a cărei derivată să scadă cu ·creşterea lui Vu ·cum ar fi de exemplu: < (7.29) cx=KVVi. ~în acest caz se rezolvă de fHpt problema inversă, ·oare constă în de-~, terminarea earaoteri,stidi oapsulei astfel îneî
7.6. CONSTRUCTIA:SI CALCULUL MANOMETRELOR ·... PENTRU MĂsURAREA .VITEZEI. ADEVARATE ŞI A :NUMARULUI MAC~ ~

~

.

:

Indioatorul· manometric pentru viteză încît,să rezolve formula (7.18) în:eare:.

adevărată

este construit' astfel

V-j' 1 ( . Pt P ,_ T ) ,_ 13 '-

Apar:;l,te de bord

193

sau- formula de la numărul curent 7 din tabelul 7.1 care este de forma: V=HPaJp, T). în primul caz aparatul constă din ttei elemente sensibile, oare mă- , sooră continuu paranietTii p,, p şi T, precum şi dintr-un djspozitiv de calcul, care rezolvă funcţia (7.18). În cel de-al doilea caz sînt necesare tot trei elemente rensibile pentru măsurarea mărimilor pd, p ~i T şi un mecanism de calcul, care însă rezolvă funcţia V=HPa/P, T).

1

~ Vitezometre mecanice fără traduetor e~~) de temperatură

'.

Introducerea semnalului de ~temperatură în qispozitivul de calcul aJ. vitezei .pdevăTate complică mult construcţia acestuia. Din:' acest motiv s-a recurs Ia introducerea indirectă a acestui param-etru fără a~l măsura efectiv. Din (7.7) şi (7.11) se obţine: , ·y=

V _·

To.sp3·s

2RPTPa

=A-~"_

(7 .31)

PO,S

în· care A.este tin coeficient constant. Pentru aititudini pînă ~a 11 knl, .

1

, 1

'-'

·

P=Po

(1

-.tH )1{1:1R'

-To

•

in care T.,---"--r 1ff=T, iar R' ",",.0,2. In consecinţă rezultă:

T=To' (!!_ )02. •

.

Introducînd

,

acum

. Po ·. .

.-,_

pe (7.32) în (7.31) se obţine:· (7 .33)

\ \

(7.32)

unde A 1 este un coeficient constant: 1 5 A 1 =AT~' /p~' • Formula (7.33) rcare exprimă V1iteza V în funcţie de numai două variabile independente, Pd şi p, poate fi rezolvată cu ajutorul mecanismului de calcu.J (lin fig 7:15. Presiunea totală Pt se introduce in tC~psula 1, iar presiunea statică p Jn corpuil aparatuluiy ca!fe trebuie _să fie etanş faţă de cabină. Suib 'acţiunea ·presiunii dinamice capsula capătă defo:rmaţia W 1 şi prin inrtermediul 11anţu:lui cip.ematic provoacă ro:tilfea acului indicator cu unghiul cx. Tija 12 se deplasează corespunzător lui W 1 pe distanţa: . (7.34) unde a 1 şi a 2 sînt ~lungimile nianivelelor 3 şi 5.

194

Braţul de manivelă a3 este egaJ. cu defonnaţia W 3 a capsulelor aneroide 7. Aoos,te capsule sînt a.stfell montate încît pentru p=O, a =0. In consecinţă a 3 =W3 • Unghiul de '-'otaţie al al'boreiui 8 este ~W 3/W , sau dacă se ·ţine seama de (7.34) rezuJ,tă:

2 3

(7.35)

~Fig. . .. . .

1.15. Schema .

L

1

pinematică a vitezornetrului fără tra-

l·

duct.or ·oe temperatură:

2 - bielă; 3, 5 - manivele; 4 - a:X; de manivelă variabil; 7 - capsu1e aneroide suspen:date (mobile); 8 -.ac; 9 - sector dinţat; 10 --' pinion; 11 -:- ac · · indicator; 12 - tijă.

1 '6 -

1 l 1

b'raţ

Angrenaju~

~~:

eapsulă m~riOmetrică;

format din elem1ente'le 9 .

şi

10

multiplică rotaţia ~ ~la

va-\1 \

(7:36) .

undE' zJ!z2. ~inJtă rap.,rtul3k ~transmitere al arigrenaju1ui. . Pentru ca structura din· fig. 7.15 .să rez.olve funcţia (7;33) este necesar ea ·€-lernentele elastiee să. aibă anlllillite ·c~aoberi.stici. As,tfel, earacterilstiea oapsulei mano.rnetrice trebuie. să fie: · · ·

Wl~ CiP~.s:

(7.37)

w3='c3pn~•.

-<7~38)

iar caractedsti'Qa ·-capşulei ·aneroide ·este:

.Substittufnd ,pe (7.37)

şi (7~38) m ecuaţia ziaac1p~·5

cx= .. · .

Zzalc3p0.4

de unde se vede

mecanismului (7.36)

rezu'ltă:

P~'s

-,

~kr-;·-·.

.

, p!M

{7:39)

că. schema. reaUzartă ·.permite. măsurarea vitezei.

13*

195

~ntrCadevăr, rliri (7.39) şi (7.33) se obţine: /

.. ·..

·

!

adie? unghiul de adevărată

..·

<~=

·

rotaţie

:·,

V

KV, .

al acului indicator este

proporţional

cu vi·teza

V.

7.6.2. Vitezometrul combinat Folosirea a două aparate distincte pentru indicaTea vitezelor V şi Vi nu este ratională. Din acest motiv s-a .realizat vitezometrul combinat, care reuneşte' atît vitezometrul pentru viteză indicată Vh cît şi cel pentru viteza adevărată V. Aparatul are un singur cadran cu o ~singură 19

Fig. 7 .16. Schema

s~·-..._ axă;

1 -

cadran; 2 -

cinematică

20

a unui vitezometru combinat avînd ·capsulele fixe index de comandă:

şi

roată dinţatl1; 6 - axă; 7 - tijă; furcă; roţi dinţate; potenţiometru; bielă; 27~-- capsulă aneroidă,; manivelă; -.capsulă bielă; manivelă; axă;

index; 3 -

pinion; 4 -

-axă;

ac indicator; 5 -

9, 10, 11 tije de antrenare; ·12 13 - cad:ru; 14, 15 - axe; 16 11 - pinion; 18, 19 20 - pinioli; 21 22 - perii; 23 - motor; !7- pinîon; 25- centru rigid; 2628--:29 30 centru rigid; 31 32 33, 24; 35 -'- tije de antrenare; 36 -,- .. 3738 - pinion; 39 -,pinion; 40 ....,-_sector; 41 -ac indicator pentru viteza adevărată (corectată).

manometrică; sţlctor;

scaTă, ~'lhs-ă două ~c!J; indicatoare: unuiJ.· groS - pentru -Viteza indicată şi altul subţire -pentru indicarea vitezei V. Dacă se zboară 1a înălţime mică;· cele două ace indicatoare areţă aceeaşi viteză. Cu creşterea altitu-

dinii, acul subţire devansează pe cel' gros. De exemplu, la H =20 km, acul subţini: indică v viteză-de 3,5 ori mai mare decît -acut-gros.

196

DeterminW>ea vitezei ~devărate se poate face cu o schemă complet de cea prezentată în fig. 7.15 (v. fig. 7.16). Caracteristic acestei scheme este f1aptul că 1aici capsula, aneroidă este montată fix ·pe :aparat şi nu pe un arbore mobil ca în' schema din fig. 7.15. Erorile vitezometrelor aerodinamioe sînt. de aproximativ 20/o·. · Pentru dirijarea avioanelor în zbor s-au realizat vitezometre cu index comandat de Ia distanţă. Aceste aparate ·sînt prevăzute cu un sistem de execuţie comandat prin radio, analog celui prezentat la altimetre. Indexul mobil. indică pi'lotului ·.··regimul de viteze cu care trebuie să zboare pentru interceptare. Schema din fig. 7.16 cuprinde şi circuitele de comandă ale indexului.

r

diferită

+

7.6.3.

Transmiţător

de

viţe~ă ··adevărată

Unele instalatii automate de bocd necesită pentru" corecta Jor funcţionare semnale .electrice proporţiona~e cu viteza adevărată. În acesrt scop se utiUzează transmiţătoare electromeoanice de viteză. Din relaţiile (7.12) şi (7.18) s:criipd că Pt=Pd+P rezultă:

V=V ~~: ;·+ r~!]' relaţie T, [{

care poate fi

1

pusă

sub forma: . V =·Kli-..j TI.Pa)P)(I., (7.40) unde cx este un exponen1t detenninat astfel incit să se obţină o aproximare cîrt mai exactă a expresiei lui V. Pentru rezulwrea ecua.ţiei (7 .40) este necesar să se măsoare mări mile Pd, p şi Tt, să se convertească în mărimi electrice şi să se execute ca:lculele respective .. Desigur, mărimiJe Pd şi p se măs-oară cu ajutoruJ capsul~~lor manomet\rice, r~spectiv ..aneroid~. Temperatura Tt se măsoară cu ajutorul unui traductor rezistiv: montat într-o trompă Venturi (fig. 7;17). Sch-ema care· rezolvă această problemă este. dată în fig. 7.18. Potenţiometrele RAp, Rv şi R"

sint d-e tip funcţional, aceasta realizîndu-se prin şuntare. Tensiunile culese de la potenţiometrele Rv şi RAp au expresiile:

Fig. 7.17.

Ut=k 1 (~)«; Tensiune~ culeasă

Transmiţător rezistiv pentru temperatura aerului frînat Tt.

U2=k2 (

~ )« ~

de la, potenţiometrul de

Ur=.

reacţie

R, are forma:

·Uo · · · Rv.

R"+R 1+R

197

1 1

!

1

. Profilul potenţiometrului de reacţie se alege astfel încît să se satisfacă condîţia: · · ·

Ur krV/-JTt

şi să se asigure liniaritatea dependenţei· dintre tensiunea de ieşire Ve şi viteza V.

1 1

1

1

..,1 1

.. _____ j 1

Fig. 7.18. Schema de princ1p1U a transmlţătorului pentru viteza adevărată: .,A -

arn,p:lifi.cator; M

·el ·. . . . . :curlso\r.uL acţio•nat

-

motor electric;·. R

- · reductO'r:

q~ capsulă , aner-o:tP.'!i-P; ·C2 · ~· curso;ru. P4 = 4P; ~P ~ potenţio- . n:tetruil funCţi6n.al de presiune statică;· R Ap · -'- potenţio metrul funcţional de presiune dinan:ntcă; C3 - cursorul de reacţie-; C 4, c 5 - cursoarele potenţi>Ometrelor de ieşi.re acţio-

a·cţionat d~ PJ~Siun,ea, .~mică

.

nate prin redudorul R.

Semnalul de compensare D.U -,U2.-::.Ur se aplică la arnplificatorul A şi apoi se alimentează ·motorul M, care acţionează cursoarele potenţiome trelor :R şi R 2 • De la acestea se culege semnalul de ieşire U e (în c.c.). In 1 regim stabilizat D.U=O şi'deci U2=Ur adică:

k2( ~)cx =krV/VTt de unde se

obţine:

V=Av~(L\;}cx! Expresia obţinută arată că schema propusă rezolvă ecuaţia aerodi..,.

namică (7 .40). Erorile maxirrie ale transmiţătoarelor âe viteză nti depă şesc +3o;0 în condiţii normale de temperatură. Semnalele obţinute se utilizează în navigatorii şi piloţii automaţi, in sistemele de dirijare etc.

198

7 .6.4. Indicatorul

numărului

Mach

Aparatul cu ajutorul căruia se măsoară numărul M se numeşte machmetru. Acest· parametru este necesar ·să fie cunoscut deoarece unele caracteristici ale avioanelor depind de valoarea lui. Astfel, pentru 0,6 < l ambii coeficienţi, Cx şi Cz se micşorează lent. În c~zul valorilor M>·l se modifică şi rezistenţa prizei de admisie a aerului în motor. Toţi aceşti factori determină modificarea caracteristicilor aerodinamice ale avionului: maniabilitatea, manevrabilitatea: etc .. Pilotul trebuie să fie avizat cînd apar aceste modificări, lucru care se realizează cu ajutorul machmetrului. Din formulele (7.15) şi (7.24) se observă că pentru determinarea numărului M este necesar să se măsoare presiunea to!al.~ Pt, respectiv presiunea dinamică Pa, şi presiunea statică p la înălţimea·: de zbor respectivă. -In consecinţă, se poate spune că din punct de vedere constructiv, indicator:ul numărului M diferă ·ct~ vitezometru numai prin absenţa din mecanismul aparatului a traductorului şi semnalului de temperatură. Din punct de vedere constructiv ma~hmetrul poate fi realizat fie conform schemei din fig. 7.13, fie conform desenului din fig. 7.15, cu deosebirea că lipseşte partea care mă soară viteza indicată. Evident, pentru a se rezolva corect relaţiile (7.15) şi (7 ..24) caracteristicile celor două capsille vor fi diferite·., în acest caz faţă de ~aracteristicile. capsu~elor. -utiliz.a.te~fn vitezometrtll pentru viteză adevărată. Îhmulţina ·ambir termeni ai relaţiei (7.31) prin viteza sunetului a=\VxRT rezultă: (7.41)

Ce\

unde A 2 este un coeficient constant. Dacă se compară această formulă cu relaţia (7.35) se observă că, din punct de vedere constructiv, trebuie modificată doar caracteristica '(7.33) a capsulei aneroide, care, de această· dată, trebuie să fie V3 =c3p 0 •5 • Macbmetrirl are scara liniară, cu diviziuni începînd de la M=0,4 pînă la valoarea maximă pentru care este proiectat. Erorile acestui apa-j rat în: condiţii normale de exploatare nu depăşesc +0,07 M. Aparatul nu are nevoie de compensare de temperatură din cauza modului de dispunere a capsulelor.

7.7. ··CALCULUL ERORILOR METODICE · ŞIINSTB~TAUE

Vitezometrele fiind ~în realitate aparat~ manometrice, au aceleaşi erori' instrumentale ca orice man&metru cti capsulă, precum şi o serie de erori metodice: Dintre acestea se menţionează: a) erorile datorate impreciziei de captare a presiunilor Pt şi p; b) erorile datorate impreciziei de 199

)

măsurare a presiunii de către manometru! mecanic; c) erori metodice datorate variaţiei presiunii şi temperaturii; d) erori datorate turbulenţei atmosferice.

-7.7 .1. Erorile datorate prizei de presiuni Aceste _-erori pot fii cauzate de configuraţia incorectă a prizei, de influenţa l9cului şi modului de fixare a prizei pe avion precum şi de unghiurile de incidenţă şi de glisadă. Eliminarea acestor erori se realizează acţionînd asupra prizei- de presiuni şi eventual prin introducerea unor corecţii în indicaţiile vitezometrului.

7. 7 .2. _Erorile de măsurare a presiunii Acestea cuprind întreaga gamă a erorilor instrumentale proprii manornetrelor mecanice. La -vitezometre (v~ relaţia 7 .6) erorile-. instrurnentale 'de temperatură se compensează automat; ca urmare a modului de acţionare a celor două ·capsule, precum şi _faptului că presiunile Pd şi p apar în formule sub forma unui raport. La calculul erorilor datorate frecărilor în lagăre, neechilibrării etc., pentru învingerea cărora- se produce o pierdere de presiune llp, se procedeaz-ă_ .ca şi la_ altimetre. _Aşadar, această eroare se transformă în unităţi ale mărimii măsurate V,- folosind formulele aerodinamice, de exemplu (7.21). Conform cap. 6 se poate scrie: (7.42) de unde se

obţine:

(7.43)

Expresia lui ţ, v variază în funcţie de formulele aerodinamice· Pd(V) considerate în calcul. -

7. 7.3. Erori metodice de presiune şi temperatură·· Vitezometrul pentru viteză indicată, Vi, este etalonat pentru p=Po= =760 mm Hg şi T=lTo=~2-8.8 J{.; Dintr-o cauză qarec?re aceste mărjm,i variază luînd alte valori p=fop0 şi T=FT 0 • în cazul vitezelor mici> -pentru valorile p şi T 0 , conform relaţiei (7. 7) rezultă': ---0

V o='\ l_ 2p,

V Po

200

= "\ /2RT p, , 0

V

Po

1

iar pentţu yalorile p şi T ale atmosferei se obţine:

··v·-·2pd- =. v2R .. T . • --pd.

V=

p .

.

p

Făcînd raportul celor douărelaţii rezultă:

:. = V:·=V~

de unde se poate calcula eroarea de viteză,

..1V=V~V0 care este o eroa,re de

metodă.

·:. ·

Vo('l !!.2... •. :!:__ ~-..:1), .V !o

(7.43)

p

· Pentru viteze ·mai··mari, dar· subsonice, pentru car~ .este valabilă for_, mula (7.18); considerînd aceleaşi t!ondiţii, pentru' p_..:._p şi T==T se scrie:

Vo=V 2:T,, (:: +l r-1 '

0

0

iar pentru p:f:=p0 şi T:f:=T0 :

V±v2:Tt +lr~·~. Calculînd acum :r:aportul celor două relaţii rezultă:

de unde se poate calcula etoarea~.de viteză:

f l

0

L\V=V-V

.. ·'

~;,. (·Pap + 1~ )n-i\.; ,r\ l.rrq

tr

\o (Pa + 1 )n _ 1;;_-1 ..

t-:=:-.

.

...

Po

(7.44)

/

Mărimile care intervin în relaţiile (7.43) şi (7.44) se măsoară, astfel că erorile D. V pot fi calculate. În unele lucrări [16, 40] influenţa schimbării condiţiilor atmosferice asupra vitezei măsurate de către vitezometrul pentru viteză indicată se scoate îri evidenţă plecînd de la relaţia

(7.22). Exprimînd viteza adevărată cu relaţia:

·

v~~ {2;;-

-y~

201

şi

viteza

indicată, corespunzător condiţiilor ·de·la

v,

sol (Po

şi

•Po) cu formula:

VPe(::
se poate calcula raportul:

de unde

rezultă:

(7.45) în care ~ 1 este eroarea datorată variaţiei densităţii aerului, iar E2 .;.._ eroa:.. rea datorată modificării compresibilităţii. Valoarea lui E1 este .prroominantă:- pentru H=20km se obţine ~ 1 ~3,5. Formula (7.45) nu poate fi utilizată .pentru calculul erorilor în zbor, căci nu pot fi măsuraţi parametrii p şi e. _ ~ _ -' . _. · în cazul zborului su'personic, viteza V nu poate fi exprimată explicit în funcţie de pd, p şi T. Formu~ (7.24) poate fi însă rezolvată la calculator obţinîndu-se tabele de calcul a erorilor. Mai trebuie avut în vedere că temperatura Tr pe care se contează laetalonarea vitezometrelor conform atmosferei standard, poate fi diferită de temperatura reală T pentru aceeaşi înălţime. La calculul erorilor provocate de această neconcordanţă, se va utiliza formula (7.18) succesiv pentru temperatura T11 la care apa-ratul indică viteza V1 şi ·pentrl,J. t~mperatura reală. T, la care corespunde viteza V. Prin urmare: -· -· V 1 = '\/2xRT 1 A;

V x-1

V=~"'

/2-•xf?.T • A,

V x-1

în care A este partea invariabilă din acest punct de vedere a formulei (7:18). Dacă se scad cele două formule, se poate calcula eroarea: (7.46) Mărimea,.ÂV

este o eroare metodiCă şi poate fi compensată dacă se temperatura reală T, a mediului- ambiant (atmosferei). Din expresiile vitezelor mai rezultă:

măsoară

;1 =(~-r· ·_ 5

Conform scrie:

202

relâţiei

(7.46) Ll.V -V~Vb iar T=T 1 +.ÂT; astfel, se poate

Deoarece llT/T 1 «.1, ultima

relaţie

se poate liniariza sub forma: (7.47)

7.8. METODICA DE CALCUL A VITEZOl\IETRELOR

La proiectarea unui vitezometru se precizează următoarei~: gama de de măsurat (viteza şi altitudinea), caracteristica scării instrumentale tolerate). Se prezintă, pentru exemplificare, succesiunea calculelor în cazul machrnetrelor. variaţie a mărimii şi precizia (erorile

a. Se calculează (pd)max ţinînd seama de. valoarea lui M. Dacă gama de măsurare a lui M este aceeaşi indiferent de altitudine, (pd)max se obţine la H =,0, Pmal!=BOO mm Hg şi M~. Dacă gama de măsurare a lui M diferă în funcţie de înălţime, trebuie căutgtă valoarea lui (pd)max.la diferite valori ale lui H şi M~ _ · b. în funcţie de presiunea dinamică ma:?Cimă calGulată se alege capsula manometrică, ţinînd seama 'de earacterţştţ~a ei/ obţinută pe cale experimentală. Cursa maximă ·a ·capsulei tretrilie să fie W max~ 3-4 mm. Dacă o singură capsulă .nu asigură sensibilitatea necesară, se iau două capsule înseriate. Dacă se cere o scară liniară este necesar ca deformc;trea capsulei să fie proporţională cu Pd· c. Se determină apoi caracteristica pentru capsula aneroidă~ W=f1(p).

Y

d.

După

tabelele aerodinamice se p=p0=760 mm Hg.

=f2 (M) .pentru

construieşte

caracteristica Pd=

e. In funcţie de caracteristica. impusă, 'Ot f 3(M) şi de funcţia Pd= oc: ·1f4(pd). In acest scop se pof folosi metode grafice de mHmil~ · · -f2(M).:se·detenriiriă relaţia

f. Se determină raportul de transmitere i, a mecanismului liniar, format din sector şi roată dinţată, ţinînd seama că trebuie să rezulte amaJi=l0-20°, cu Otmax notîndu-se unghiul maxim al scării. g. In funcţie de caracteristica oc=f4(pd) cse determină dependenţa unghiului de rotaţie al axei necompensate, Otn în funcţie de Pd. pentru p= =760 mm Hg. Pentru aceasta se scrie:

h. Pe baza caracteristicilor OtTi=fs(pd) , şi W o=f(Pd) .a capsulei mano.;.. metri ce se determină caracteristica ocn=9f(W0). ·După aceasta se aleg pa..: rametrii mecanismului bielă~manivelă ca şi în cazul altimetrelor..

203

· i. Plecînd de la ecuaţia scării, ÎX=f3(M), şi de la caracteristica pd=

f 2 (M) se

determină unghiul d~ rotaţie al axei compensate IXc în funcţie de Pd adică 1Xc=f6(pd) pentru divers·e valori ale presiunii statice. După aceasta se determină caracteristica:

(7.48)

2

Fig. 7.~9. Priză de presiuni şi transmiţător pentru unghiurile. de incidenţă şi de glisadă:. , . l

...::.

orlfildi.u pentru captarea presiunii totale; 2 - olificii pehtr\1 captarea presiunii statice; 3 şi 4 - aripioare.

j. ln continuare se aleg _parametrii mecanismului care scop se folosesc- r-elaţiile d_e: calcul' din cap. 1.

de

transmisie, în

k. Determinarea erorilor aparatului se face plecînd de la faptul calculate

că

indicaţiile

-

--

. (7.49) -

sînt diferite fată de indicătiile ohtinute cuformula de etalonare. Din acest motiv caractetlstiCa scării,, oc*-if3 (M), se foloseşt~ p_entrucleterminarea valorii M* indicată de machmetru, care se compară apoi cu valoarea M ·ob.:ţinută din, formula de etalonare. în formula (7.49) i, i 1 şi ik sînt rapoartele de transmitere corespunzătoare angrenajului, mecanismului dintre capsula manometi-ică şi axul intermediar şi respectiv mecanismului dintre axul intermediar şi cel de compensare.

7.9. MASURAREA UNGHIURILOR DE ŞI DE GLISADA

INCIDENŢĂ

După cum s-a menţionat vit"eza de zbor este o marime vectorială, pentru definirea .căreia este necesar să se cunoască atît modulul cît şi orientarea ei în spaţiu~ Astfel, se defineşte orientarea vectorului viteză faţă de' masele de aer V,- în raport "cu un sistem de axe legat de avion. în acest caz orientarea vectorului: V este dată de unghiul de incidenţă IX şi

204

\

\

de unghiul de glisadă ~-Cunoaşterea lor prezintă o mare importanţă pentru funcţionarea unor sisteme autonome de pilotaj, navigaţie şi de trageri. Pentru măsurarea unghiurilor de incidenţă şi glisadă se utilizează frecvent un transmiţător cu 4 aripioare montate în cruce pe o tijă (fig. 7.19). O asem-enea aripioară reprezintă un profil simetric care se poate roti liber în junii articulaţiei sale. Perechea 3 de aripioare montată în planul de simetrie va devia, sub acţiunea fileurilor de aer, cu un unghi ce reprezintă unghiul de glisadă. Cealaltă pereche 4, _de aripioare, va devia cu un unghi egal cu· unghiul de incidenţă. Aceste deviaţii se convertesc în mărimi electrice şi apoi se transmit în diferite sisteme ale aeronavelor.

8. MĂSURAREA.

VITEZB. VERTICALE

8.1. CONSIDERAŢII GENERALE

Aparatul care asigură măsurarea vitezei verticale Vv a aeronavelor se numeşte variometru. -El face parte din categoria aparatelor de pilotaj, dar este utilizat şi ca transmiţător de viteză verticală, în sistemele de comandă automată a zborului, sub forma de semnale electrice. Viteza verticală se măsoară prin metode indirecte cum ar fi derivarea altitudinii de zbor, integrarea componentei verticale a acceleraţiei de transport etc. Deşi aceste metode au importanţă practică directă, totuşi de cea mai largă răspîndire se bucură în prezent metoda barometrică. Faptul că V v este o funcţie de p(H), ·dacă se ţine seama că Vv-dH/dt, iar din (6.8) rezultă dp~pgdH, se poate scrie: 1

dp

pg

dt

Vv=--.-.

(8.1)

Semnul minus exprima faptul că Vv este pozitivă atunci cînd presiunea descreşte în timp, adică atunci cînd altitudinea creşte. Această metodă mai are la bază şi liniaritatea dependenţei dintre viteza de curgere a gazelor prin tuburi capilare şi căderea de presiune de-a lungul acestora exprimată prin legea lui Hagen--Poiseuille.

8.2. TEORIA APROXIMATIVA A VARIOME'IBELOR Se consideră o capsulă manometrică l care :comunică printr-o conductă cu un vas termostatat 2 (fig. 8.1). Cele două recipiente sînt în legă tură cu atmosfera printr-un tub capilar 3 din sticlă. De centrul rigid al capsulei este articulat. mecanismul 4, de indicare, şi un cadran cu zero 206

luînd ca manme de intrare viteza place ecuaţiei (8.10) se obţine:

\

\

l .

~

care

V11(s)

(8.11)

-.s+l

arată că variometrul este un element aperiodic cu constanta de timp

-r dată

de relaţia (8.6). Caracteristica statică a aparatului se obţine din (8.11) cînd s~o. Ţi ... nînd seama de .(8.6) şi de ecuaţia de stare aplicată aerului din capilar ("!c=pJRTc) rezultă: . SV _ _ _P_. .p= "- . •. RT metl

f

transformarea La-

Yt(s)= ·_!J.p_(s_)=- -.-s-. '

·

~

verticală.~· Aplicînd

128 VhjRTc 4 RT1pcrrD

•V .

1)• ~

(8.12)

Dacă seJace apr()~imaţia Pa"'-JP şi ~dacă se ţine seama că la etalonarea aparatului in conditii de laborator se poate lua Tc=tT 1 =Tmed_;_T0 ,~ ca... racteristica (8.12) devine:

1

!J.p

v·, [N/m2 ] '

128 vl"flo 1CD4RTo . .v

(

8 .13)

unde 'YJo este viscozitatea aerului la temperatura T=T0 •

8.3. ERORILE.METODICE ALE VARIOMETRELOR~

Se vor examina numai erorile metodice întrucît erorile instrumentale nu diferă de cele întîlnite la toate aparatele manometric~. Totuşi trebuie făcută menţiunea că întrucît presiunea llp rezultă foarte mică1 (zeci de mm H 2 0), este necesar să se reducă foarte mult frecările .în lagăre.

8.3.1.-Eroarea

dinamică datorată _inerţiei ~

Dacă se are în vedere ecuaţia la t=O, llp=O, Vv=const se OQţine

diferenţială

(8.10) şi condiţiile iniţiale

soluţia:

(8.14)

care arată· că diferenţa de presiune llp ·corespunzătoare, Îh regim permanent, a vitezei Vv=const nu se stabileşte imediat ce a început urcarea, ci după un timp teoretio infinit, dar practic egal cu (3 ... 5)-r. Deci pentru a reduce întîrzierea în indicaţiile aparatului este necesar să se construiască variometre cu constantă de timp cît mai mică pe seama micşo rării parametrilor l şi v şi măririi lui D (v. formula 8.6). Dar prin ·aceasta se micşor~ază şi sensibilitatea aparatului (8.12) ceea ce implică folosirea unei capsule mai sensibile. De regulă aparatul se dimensionea.ză astfel 14 - Aparate de bord

209

8.3.2. Eroarea

unde S 1 este rii T 1 •

datorată variaţiertemperaturii

sen~ibilitatec:t.

llp llpo

aparatului în raport cu

= TcTGTJ = 1 + ~llpo .T 1 T7Jo

T1

variaţia

(8.16)

1

ÂPfl

unde s-a scris că .6.p=ÂPo+ 8 Âp0 • In câlcule aproximative vîscozitatea aerului se poate considera proporţională cu temperatura, adică 'Y),~nTc şi 'YJo . nT0, n-6,08 •10-8 Ns/m 2 • grd. Substituind .apeste expresii în (8.16) rezultă: . · • . .

. .

. ··

. . JCllPo tipo

=

r: .._1.

T1T ·

·

. .· .

. .

-('8.17) ·

. yaloarea. acester~:ori n? esteac~e..aşr lau:car~a ş! .Ia coborîrea avio-

nulu1~

\

La urcare aerul1ese din carcasa In exterior ŞI deCI T 0 =T1• La coborîre aerul intră din exterior în carcasă, ceea ce înseamnă că T,=Tp (T~

\ ,

j

fiind temperatura aerului din magistrala de presiune statică)~ Spre exemplu dacă variometrul este în cabina ermetică, T 1 =Tc=288 K. La altitudinea _11 km, T=Q16,5 K, ceea ce înseamnă că eroarea poate atinge valoarea:

de

8 : . llp(, llp0

X 100= {·

288 .

216,5

-1) X 100=330/o.

Desigur aceasta este o eroare foarte mare pentru a cărei eliminare, în unele aparate, se întrebuinţează dispozitive speciale de compensare.

8.4.

CONSTRUCŢIA

VARIOMETRELOR

Variometrele ··p:r.ezinţ~·@ele particularităţi constructive legate chiar de destinaţia lor. Se ·are tn vedere în primul rînd faptul că viteza verticală poate fi d~ urcare· şi de coborire;~·ceea ce face necesară împărţirea 13

Il

\

\\ 3

Fig._8.3. Yaripmetru V4R~300:

1 -"tuburi capi1are; 2 - conductă de presiune statică; 3 - l:l·aferie de capsule; 4 - suport" el.lasltie 'de ·montaj; .5 -:- angrenaj: 6 +-. cadran cU scară atenuată; 7 ~-,ac indicator; ·s - sector dinţ,at; 9 ....:. a.r,c limitator; io :_ ·ar"bore; ·u ..:... bielă; 12 - limitatoare; 13 - pinion.

14*

211

cadranului î_n două zone distincte: jumătatea de deasupra destinată vitezelor de urcare Şi cealaltă jumătate destinată vitezelor de coborîre. Diviziunea zero se găseşte pe diametru! orizontal în stînga ·cadranului. Pe de altă parte vitezele măsurate pot fi cuprinse în gama +30 m/s ... +300 m/s. Pentru a se asigura o sensibilitate maximă la valorile mici ale vitezei verticale, ecuaţia scării se realizează intenţion-at neuniformă. În acest scop ~e prevede ·în construcţia aparatului un mecanism cu manivelă şi culisă.

---

Fig:

J~

7

8.4.. ·Construcţia varlometrului;

centru mobil; 3, 24, 33, 41 -:- piuliţe; 4 ; supo'rt; 5 - excentric; carcasă; 8 buion; 9, 10 - angrenaj ; 11 ......, mufă; 12 - piuliţă de inel elastic; 14, 15. - suporţi; 16 - cadran; 17 - placă; 18 - ac inmecanism cu culisă; 20, 22, 40, 42 - inele de etanşare; 21 - g€1am; 23 flaDIŞă; 25 lagăr; 26 ..;_. l8re s,pi..r.al;. 21 echilibror; 28 · - sector dinţat; 29 - pinion; 30 axă; 31 tijă;_ 32 !imitator de deformare; 34 - portlagăr; 35 - bază de montaj ; 36 - conductă de aer; 37 - tub capillar; 38, · 39 - ştuţ; 43 - · filtru;'44 .;...., capa.c. 1 -

capsulă;

2 -

6 - arc; 7 blocare; 13 dicator; 19 -

Schema cinematică a unui variometru se poate vedea în fig. 8~3. Se remarcă faptul că aparatul este prevăzut cu un mecanism (elemente!~ 4 şi 5) de aducere a acului indicator la zero. In ce priveşte tubul capilar, nu este obligatoriu să se folosească unul singur. Dimpotrivă, s~ pot folosi 2-3 capilare în paralel în funcţie de gama_ de măsurare a vitezei verticale. Pentru a evita deformaţiile perman~nte ale. capsulei, se prevăd dispozitiv~: limitatoare ale: deplasării centrului rigid. ~n fig. 8.4 este prezentat desenuL de co~ţrucţie al _unui variometru cu_ scară_ ate~uată (neliniară).·

212

--------

8.5: CALCULUL.VAKIOMETRELOR

· La proiectarea variometrelor în afară de elementele. generale comune tuturor maRoiiţetrelor este necesar să fie parcurse următoarele etape de calcul: a) calculul sistemului de tuburi capilare; b) calculul elementului sensibil; c) calculul mecanismului de transmisie.

8.5.1. ~ului Dimertslonarea sistemului de- tuburi capilare se poate face în două variante: ·a) cu ajutorul ecuaţiei caracteristicii statice (8.12); b) din expresia (8.6) a constantei de timp. Dacă se utilizează m capilare în paralel, caracteristica (8.13) se scrie sub ţQt_rng_: /~/

(Il = \' p

;~

128 VlTJo

V /

1tD 4 RTm

(8.18)

"'

execută ~âware1e

Calculele se în etape: Se consideră formula (8.12) şi se calculează fl.p admiţînd pentru "'C o·valoare cUprinsă îhtre >~ ~ ~ Punînd condiţia Cl/D>J_OJYÎn fCirmula (8.12) se calculează d sau D pen.tru valoarea m·a]{. i- ~ · )~u· .. , ._. T.rebuie·.. să s. e ob.ţină următoarele valori orientative: ~;. ~60 · .. Dacă aceste cond· ·· nu sînt satisfăcute, atunci P' şi d se ca ·. · din (8.6) luîn m=12, 3~ ...

8.5.2-. Calculul capsulei manometrice Pentrm.,_ tul sensi·b·il· .e.lastic se consider. ă o caracteristică liniară de forma =Scf).P n care Se este s~nsibilitatea capsulei care variază în6

tre~ ... , .-~ -= ~~1·._~~/kgf._ nismu1ui de tran

_

itere

în cazul variometrelor elementul elastic lucrează în ambele sensuri de poziţia nesolicitată: se_ destinde _şi se comprimă. Acest fapt. impune ca. mecanismul bi~lă-manivelă· care .transformă miŞcarea de translaţie îl} mişcare de r.ot~ţ1e să aibă o anumită poziţie iniţială: -pentru Vv= .:..__O, respectiv Ap _ :o, biela să fie pl:!rpendiculară pe braţul martivelei. Lungimea manivelei trebuie să fie a>3,5 ... 4nim pentru a se as1gura funcţionarea stabilă a· aparatului. Cunoscînd încovoierea W{J, se 'determină unghiul cp de rotaţie a inanivelei cu formula aproximativă': faţă

- {w ·)

0

•

213

--

-

--

---

-

Se poate acum calcula raportul de transmitere cunoscînd că unghiul scării este«~ 180°. Deci i-·a.f
Fig. 8.5. Cadranul variorrietrului VAR-150.

dintre axele de rota:tie.

-Fig. 8.6. Mecanism

cu

manivelă.:şi cuUsă.

Folosind--notaţiile

din

- __ t ga.=

.

fig.:·~·.{) dependenţa

dintre

mărimea de ieşire (unghiul !X} şi mărimea de intrare (unghiul ~) este: rsin~

r cos

~-c

(8.19)

Raportul de transmitere al acestui mecanism este:

, dot

l=

d~

c 1-2-;

Dacă ~=0 atunci i 0=1/(l-d/r), unde

.

c)2

__;_= - - - - - - - -

ln=

COŞ ~+

cfr
(8.20)

{ -;

iar pentru ~=7t rezultă:

(dot) 1 ~to. .. =---dfS c Tt'

1+r

_Raportul de.ţransmitere şi deci gradul de_e1tenu'!:re al scării--se poate regla .alegî!ld ~onvenabil raportul cfr. De regulă neuniformitatea scării se- dă sub forma raportqJ.u~ dintre două diviziuni" dela începutql şi de la sfîrşitul acesteia. în funcţie de acest raport se .poate determina valoarea lui -cfr. Bpre -exemplu, dacă neuniformitatea trebui~ să fie ;egală cu 3 se poate scrie:

.(dat) ( dat_)· d[r o. d~

-3

Tt'-

214

sau 1

1

1-c/r

1+~/r

--:--:-- =3,

de unde efectuînd· calculele se obţine cfr=0,5.

Cadran grosirr-.+-t-t~ md~wwnq--4~~~11

mcfrului

.::::.-=•--~f-+-lndcx ololtitu-·

dinii ordonate Contorul oltilu 'dimi ordonate··

Fig. 8.7. Cadranul unui vario-aLtimetru de tip Bendix.

În general, dacă se notează cu n neuniformitatea, se obtine: c/r= ={n-:-:-1)/(n+ 1)~'. · ·. · . · ·<·· •...·... · ; .··· · . .· · . .. • Observaţie .. Deşi cadranele ·circulare ·se menţin ca elemente de afi~ ~are, totuşi, în ultimii ani, şi;.;au făcut apariţia tot mai ţrecvent aparatele cu scară; 'liniară realizată cu ajutorul unor benzi flexibile rulante. ln fig~ .S~ 7 este prezentat cadranuL unui· vario-altimetru. modern care asigură afiş.~!ea combinată a mai multor informaţii.

9.

aNTRALE AERODINAMICE

9.1. CONSIDERA'rii GENERALE

Pilotajul

şi

comanda

automată

a aeronavelor moderne

necesită

un

număr mare de informaţii referitoare la parametrii ce caracterizeză evoluţia acestora. Folosirea individuală a uiioraparate ca altimetrele, vitezometrele, machmetrele Şi variometrele nu este. nici raţională şi nici economică- deoarece ele nu permit introducerea unor corecţii privind influenţa factorilor externi aleatori (interferenţa cu fuselajul, efectul un-

delor de şoc asupra lui p, pb T, Tt etc.). Pe de altă parte o serie de inde bord cum sînt piloţii automaţi, .-auto~atele de navigaţie, centralele de bombardament şi de trageri, ag~gatele de comandă a sistemelor de propulsie ş.a. necesită lnformaţii sub for:tn"ă ·de semnale electrice privind p, T, Ph Tb ·Vv, V, M etc. De aici a apărut necesitatea dublării aparatelor indicatoare cu aşa-numitele transmiţătoare de viteză, de altitudine, etc. ceea ce nu reprezintă o soluţie raţională. Din acest motiv atît avioanele de pasageri, cît_ şi cele militare sînt echipate cu o instalaţie centrală de măsurare care a. căpătat denumirea ·de centrală aerodinamică. Ea se .compune ·di~tr-un număr redus p.e receptoc:tre aerodinamice şi ter.:.. modinamice, conectate la un calculator propriu -centralei aerodinamice~ Rece:etorii menţionaţi măsoară următorii parametri: presiunea sta- . tică locală p; presiunea totală Pt (cu tubul Pitot), unghiul de incidenţă local rt', unghiul de glisadă local W şi temperatura Tt a aerului frînat. Rolul centralei aerodinamice constă în prelucrarea acestor ipformaţii primare astfel încît să se obţină prin calcul următoarele mărimi: altitudinea H, viteza verticală V 11, numărul Mach M, viteza indicată Vi, viteza ade-. vărată V, incidenţa aeronavei rt, glisada ~' temperaturile T şi Tt corectate, viteza maximă operaţională V.l\10, numărul Mach maxim operaţional MMO, precum şi unele semnale de control şi supraveghere. stalaţii

216

<

9.2~ RELATI~ DE ETAţONARE

ALE CENTR~ELţ}~

· Informaţiile de intrare ·principale· p'i"' p'" şi T1 sînt prelucrate în. cal..; culator pebaz~ aşa-nuinitelor relaţii de.et'al~nare care 'de altfel sînt cu:.. prinse ÎI1·tapelul 7.1. · · Pentru ţ:!alculul numărului .M se aplică reHiţla: -f(M)=

Ptl .

p --

(1+0,2 M2)3,5_1,

(9.1)

valabilă în regim subsonîc, sau formula: pd 166,92M7 M · f( M)= -p = (7M2-1)2.5 -1-pentru · >1.

Intrucît Tt relaţia:

(9.2)

T1 s-a măsurat, temperatura T a aerului se obţine din

Uneori în această formulă se introduce un factor de astfel că (~~3) se scrie. subJorma: ·

corecţie ~

T=Tt/(1 + 0,3 ~M 2 ).

Calculul vitezei astfel că rezultă:

adevărate

(9.4)

se face aplicînd

V .

, !),98 .. , 1,02

relaţiile

din tabelul 7.1

~~!-VJ]_'

(9.5)

V1+0,2 M 2

unde C=v2xR/(x-1) este un f-actor) constant. Relaţiile de calcul pentru altitudinea barometrică sînt cele prezentate în cap. 6. Pentru simplificarea calculelor se folosesc formulele aproximative ale lui Laplace (6.16) şi (6.~]) .. 0.1J75 f/JtfM) -...--___,.-___,...-......., 0.075

~{Mj-.."..--....----r-~

1---+~----t---+-:::.c--+-+---l :(),{J5{ll----":-:::t--~-f-,--4-=--""'--+--l---i

Fig. 9.1.

Grafice~e

legilor de ..

corecţie

cp1 (M)

şi

cp 2 (M).

.

tn· uriele centrale aerodinamice Se· calmil~agă şi ~.nsitat~~Felativă a aeruhiicu fdrmulâ: ----------~-~

. (9.6) 217

Pentru obţinerea vitezei vertţcc:ţle cVv se prevede_;un circuit de derivare a semnalelor obtinute de la canalul de calcul al vitezei adevărate. In mod asemănător ~e pot stabili şi alte relaţii care permit c~ pe baza informaţiilor primare şi ale celor calculate· să se introducă semnale de corecţie ale mărimilor de ieşire. Legile de corecţie ale valorilor mă surate sau calculate sînt mai întîi determinate în suflerie şi apoi verificate prin încercări în zbor. Spre exemplu, pentru corectarea presiunii statice locale p' se foloseşte următoarea lege de corecţie [128, 131]: Q~

P'=P[l+~ 1 (M)+~ 2 (M)cx],

FfM)

(9.7)

1 (M) şi 2 (M) sînt date sub de grafice ridicate experimental (fig. 9;1, a şi b). Legea de corecţie a presiunii dinamice locale p~ =p;-p' se scrie sub forma:

unde

funcţiile

formă

0,10

OJJ5.

Fig.

p;-p'

a5

o

9.2: Graficul legii de corecţie

=~1+F(M)+

Pt-P

F (M).

+ _P_ IF(M)---ID1 (M)-(})2(M)cx]

(9.8)

Pt'-P funcţia

F(M) fiinddată în fig. 9.2 .. · Pentru calculul ·unghiului de ·incidenţă adevărată oc se foloseşte re-

laţia:

(9.9) cx=G(M)cx' +K, unde K este un termen corectiv, iar G(M) o funcţie de numărul M determinată experimental. In mod asemănător pentru co~ectarea unghiului de glisadă local se foloseşte relaţia_~ ... H(1\4J~r. ··-·~.~)

·:, ~ţ,;

9.3. STRUCTURA CENTRALELOR AERODINAMICE Există o mare varietate d~ solutii de rezolvare a relatiilor de etalonare. Constructia centralelor aerodin~mice realizate de dif~rite firme diferă nu atît prin traducto~rele de intrare, cît prin concepţia calct1latorului utilizat care poate fi sau .analogic, sau numeric. De regulă·· dispozitivele de calcul sînt pe bază de amplificatoare operaţionale, selsine diferenţiale, sisteme de urmărire etc. Există si centrale aerodinamice de construcţie electromecanică. Indiferent de teh~ologia utilizată, schema logică de efectuarea calculelor poate fi organizată ca în fig. 9.3. Se ·observă că se aplică la int~are numai mărimile Pb p şiTt. Se. pre\Te~e introducerea manuală a mărimilor T0 şi p 0 care intră ca valori constante în relaţiilede etalonare. Schema bloc .a unei centrale aerodinamice destinată ··pentru avioane de. pasageri subsonice se poate vedea în fig. 9.4. Calculul mărimilor ·de ieşire se face pe baza a tre! mărimi de intrare măsurate (Pt, p, T,) .şi a

218

---/

Priză

de

p~esivni

Fig. 9.3. Schema fUncţională a .centralei aerodinainice.-:

Presi{/n; sllllictf

~o---+--J

Presiune dinollllf:ă

....-======-1--l-l-_..,..Vttezo inclicuto ~

~--+-4-~- Mtezu

oclew!llfli V

lempero!ufl7 7j

Trodudor de mciden,td !oculti oc Fig. 9.4. Scheitia bloc· a unei c.entrale aerodinamice pentru avioane de pa. sageri. · ·

-

~-

-

-

-

-

_----_ - _ - - -

IES/li'/

INTRARI

Pres;une stulia7.p

'------1

u

c:=========---r--~

1-----

Al/;futliileu, H

0/ezo ver/iaJid Vv

0/ezo mo-K;/ll(j opero!tomld VHO

....

1-1-~=======~-- Jl;/ezo inrko!li H - + - - - - - - - - - - . . ,Do' ·pt -p

1----- Wezo otlevrimtil

Fig. 9.5. Schema bloc a unei centrale aerodinamice. pentru avioa-

ne militare .supersoniee.

semnalului de altitudine impus. Mai complexă apare schema bloc a centralei aerodinamice din fig. 9.5 care este destinată să echipeze avioane militare supersonice. De data aceasta calculele iau în consideraţie şi unghiul de incidenţă măsurat cu ajutorul unui traductor special. O structură mai completă o prezintă centrala aerodinamică CROUZET tip 52 care echipează avionul Concorde. Aceasta este prevăzută cu circuite de supraveghere şi de alarmă care semnalizează depăşirea vitezei VMO, a temperaturii de 404 K, a numătuluflY.l'§lClf MMO etc;

..

9.4. PARTICULARITATILE CONSTRUCTIVE ALE CENTRALELOR AERODINAMICE In schemele bloc precedente, în componenţa centralelor· aerodinamice

intră transmiţătoare ·pentru. presiuni, pentru temperaturi, pentru unghiuri şi blocuri de calcul. Se vor face cîteva referiri la construcţia acestor com-

ponente.

9.4.1.

Transmiţătorul

de presiuni

Constructia transmitătoarelor utilizate în centralele aerodinamice este

diferită de ce~ întîlnită În cazul vitezometrelor, variqmetrelor etc. Transmiţătorul

(fig. 9.6) pentru presiunea dinamică cuprinde pe lîngă elementele mecanice· cunoscute şi un traductor inductiv cuplat cu un circuit de

220

măsurare prin compensare. Dacă miezurile 2 şi 6 au aceeaşi poziţie faţă de cele două traductoare inductive 3 şi .5,. tensiunile induse în înfăşură riie secundare N 2 şi N ~ legate în opoziţie vor fi egale, iar semnalul cules la ieşire est~ nul. Dacă miezul 6 ocupă o poziţie diferită faţă de miezul 2, apare un semnal ia intrarea amplificatorului A., iar motorul .M roteşte cama 7 pînă ce miezul 6 ocupă aceeaşi poziţie ca şi miezul 2. Semnalul

util' este cules de pe potenţiometrul9. Acesta este un sistem de ·urmărire

Fig. 9.6. Schema de principiu a 1 4 -

din fier; 7 -

camă; 8 -

.

unde

transmiţătorului

de presiuni:

capsulă manometrică; 2 miez mobil; 3 ,...:.. tradwctor inductiv; carcasă; 5 tmduc:tox induotiv de conipensal'>e; 6 - miez mobil

f 1 (Pd) este o

reducto[";

9 ....:... potenţiQmetru

.

de

ieşi're.

.

funcţie neliniară adimensională care depind~ de carac-

teristic~· membranelor

(capsu1ei),. iar k 1 este rigiditatea. capsulei. Deplasarea y a miezului 6 se face după relaţia:

· (9:11).

unde. cx este unghiul de rotaţie al motorului; k 2 - coeficientul de transfer al reductorului, iar j 2 (cx) - o funcţie ·adimensională ce depinde de profilul camei 7. . Tensiunea· electromotoare t.e.m .. din înfăşurările N 2 şi N~ depinde de deplasarea miezurilor 2 şi 6. în înfăşurarea cu ntirnărul de spire N 2 se induce t.e.m.: (9.12) 221'

---

---

-

----

----

~

iar·în ·înfăşurarea N 2 se induce tensiunea: u~-k~yf~(y),

(9.13)

în care ks şi k~ sînt crieficienţii de proporţionalitate dintre tensiuni şi de...; iar fa şi f~ sînt funcţii ce expriillă neliniaritatea traductoarelor inductive. · · · Diferenţa de tensiuni llU2=U2-U ~ se aplică la intrarea amplificatorului, iar la ieşirea acestuia se obţine tensiunea k 11ll.U2 cu care· se· alimentează motorul electric M. Ac~sta dezvoltă cuplul motor: plasări,

(9.14)

unde ka este coef~cientul de amplificare, c1 şi km - coeficienţi constanţi, iar a - viteza de rotaţie a electromotorulut · Dacă se neglijează sarcina motorului, menţinînd doar cuplurile de frecare (+M1) ecuaţia fundamentală a acţionării. se poate scrie sub forma: (9.15)

unde J este momentul de inerţie .al pieselor în rele motorulu'i. Substituind relaţiile (9.10) ... (9.14) în (9.15)

mişcare

raportat la arbo-

rezultă:

(9.16)

In regim stabilizat, dacă se consideră că oscilaţiile sistemului de urse amortizează, unghiul de rotaţie al electromotorului se poate scriedin (9.1Q)sub form~ (~ntr.u ~ '.~· . · 0): mărire

<

~ ~ ki~;!l(Pa{fs(~)· Pd+~ "-

kak'J's {a)fa(Y)

-

Mr .. '· , c1kak2ksfs (a) fa(Y)

(9.17)

ultimui··termen reprezentînd un unghi lla8 de stagnare datorat frecărilor. uscate. · Mişcarea de rotaţie a arbQrelui. motorului M se transmite la peria potenţiom~trului de ieşire prin intermediul unui reductor al cărui raport de transmisie. poate varia, în anumite limite,. după· o_ lege arbitrară j 4(et). Deplasarea l a ··periei pe. potenţiometrul de lungime L se poate. scrie sub forma l=k4f 4 (a)et6t, iar -tensiunea de ieşirea este· Ue=Uăl/1:. 'ceea ce înseamnă că în final rezultă: (9.18~

Din

relaţiile

(9.17) şi (9.18) se observă că pentru a se obţin~ o carac.· f(Pd) este necesar să Jie înd~plinită condiţia:

teristică liniară. Ue

fi(Pa)fa(x)

fs(rx)f~(y)

222

f ( ) .A 4

t

x =tn.-cons .

-

---

-

-

~

----~-

~--"'--

Lucrurile se simplifică foarte mult dacă elementele componente au c~racte:r,:istici liniare, caz în care fl(Pă)-fa(x)=f~(y) f2(a.) · Î4(a..)-l, iar funcţia de transfer .a transmiţătorului, neglţjînd frecarea, devine: · • c

(9.19)

în care 2t,m0 =km/J; (J) 0 =c 1 kak2k~fJ şi k=k 1 k3/k2~. Diri studiul funcţiei de transfer (9.19) rezultă unele concluzii privind modul în care trebuie să fie construit transmiţătorul pent:r:u ca regimul tranzitoriu să se atenueze cît mai repede, iar erorile dinamice să fie cît mai mici.

9.4.2. Transmiţătorul pentru temperatura aerului frînat Măsurarea acestei temperaturi se.face cu ajutorul unui traductor termorezistiv montat într-o punte a.utogcllilibrată (v. fig. 9:7). Condiţia de echilibru a punţii, cu notaţiile de pe figură este: (R3+r1)Ri=(r2 +R4)Rb' (9.20)

unde R1 este rezistenţa elementului termosensibil: (9.21) fletlronurunirmtle colcul r---------------------------î

1 1

,.y

1

1 1

1 1

r

1

J

1

Fig. 9.7. Schema de măsurare a temperaturii Tf"

T1

Valoarea temperaturii captate diferă întrucîtva de valoarea efectivă a temperaturii T1 a aerului frînat, datorită existenţei uriei' viteze Vr=FO în interiorul prizei de captare. De asem_enea. are influenţă în- acest sens· 'şi transmisia de căldură către suportul ·pe care· este bobinată rezis223

tenţa

Rt. :Pentru a .coreeta- acest fenomen se. introduce. factorul_ de frînare temp~raturif T 1 între limita- mâximă şi cea minimă; cursorul :potenţiometr1.llui r trebuie să parcurgă întreaga lui lungime. Valoarea lui R se determină din condiţi_a de echilibru a punţii în cele două poziţii extreme ale cursorului. -Pentru· Rt--RtM rezultă r 1 =r şi T 2 =·0 astfel,

E
(9.22)

iar· pentru R 1=Rtm vine:

-r~zultă r 1 =0, r 2 =r şi

deci

·condiţia

de echilibru de-

R 3 R 1=(r+R4 )Rtm· Eliminînd pe R 1 între

relaţiile

_ r 2 -f:(R3 +R4 )r+R3 R 4 a

cărei soluţie ~e

şi

(9.22)

(9.23) se

_(t- ~:).

obţine:

O,

convine problemei este:

. r:___R,+R, + "\ /(Ra+Ril' +FiaRl 2

V

.4

(R'M · Rim

-t)..

. în legătură, cu acest trarismiţ~tor este neceşar să se compensării erorilor de temperatură precUIIl şi a erorilor funcţiei

(9.24}

.

rezolve problema dinamice pe haza

de transfer Y(s)=r1 (s)/ ll.'T(s). [39, 40J.

9.4.3. Rezolvarea

ecuaţiilor

de etalonare

Cal<;!ulatorul ~entralei aerodinamice cupr~P!Ie cîteva c~nale care re-

zolvă ecuaţUle · d:e etaţonare ·menţionate şi elaborează la interfaţa de ieşire

semnale. pentru aparatele indicatoare plasate pe tabloul de bord. Blocurile de calcul pot avea la bază tehnologii foarte diferenţiate, de la dispozitive de calcul electromecanic pînă la amplificatoare operaţionale şi circuite integrate pe scară largă. Pentru exemplificare se prezintă pe scurt modul în care se calculează altitudinea· în cadrul centralei aerodinamice a firmei Crouzet. Traductorul de presiune statică 1 produce la ieşire un setnnal electric în c.c. proporţional cu p' (fig. 9.8). La acesta se adaugă corecţia dp şi se introduc în amplificatorul operaţional 2. La ieşirea acestuia se obţine presiunea· atmosferică corectată P=P' -dp. Folosind apoi alte două · amplificatoare operaţionale (3 şi 4) se generează, pe baza semnalului de intrare, două tensiuni de forma U 1=Ap+B respectiv U~=A'p+B' care se aplică la extremităţile unui potenţiometru P de tip liniar. Notînd cu .x deplasare~ -curse>rului" şi cu X deplasarea maximă, între cursorul mobil şi o: extremitc:tte. a cpotenţiometrului se culege semnalul: . (9.25) 224

-------

--------

-~--=---

de unde, dacă se are în vedere că puntea este autoechilihrată şi punînd

condiţia U

_:_o rezultă:

U'1

X = . . . - - - --

U 1 -U~

A'

X=

P+

B'

X.

(A'-A)p+(B'-B)

(9.26)

Alegînd convenabil coeficienţii acestei funcţii de p ea poate fi adusă la o formă oricît de apropiată de formula hipsometrică H=f(p). În acest

Fig. 9.8. Canalul de calcul a altitudinii.

scop potenţiometrul P este de tip pensează abaterile dintre cele două liniară x=f(H). Pe de altă parte, sistemului de urmărire se obţine o

ticală

Vv=dHfdt.

funcţional, a cărui neliniaritate comfuncţii. În felul acesta se obţine o lege

cuplînd un tahogenerator la motorul tensiune proporţională cu viteza ver-

Unele centrale, pentru rezolvarea ecuaţiilor de etalonare, utilizează potenţiometre funcţionale montate în punţi autoechilibrate (v. fig. 9.9).

Spre exemplu puntea de rezolvare a relaţiei f(M)t~l + 0,2 M 2 cuprinde

potenţiometrele liniare R 1 şi R 2 ale dispozitivului de prelucrare a pre-

siunilor Pd şi p, dispuse în- blocul transrriiţătoarelor BT şi potenţiometrul funcţional R 3 • Echilibrul punţii se reqlizează dacă Uz=Uy. Din schemă se observă că: (9.27) relaţii care punînd condiţia Uz=Uy conduc la expresia: Rz RI

Rx

=

R 11

Ra! R2!

(9.28)

Dacă rapoartele R~/Rh Rx/R3, RyjR2 sînt proporţionale cu mărimile

z, x şi respectiv y, adică dacă se poate scrie Rz/R1=kz z, RxfR3 =kx x,

Ry/ R 2 =ky y din (9.28) se obţine relaţia:

(9.29) 15 - Aparate de bord

225

ln consecinţă~ cu ajutorul punţilor se pot efectua operaţii de înmulţire sau de împărţire în funcţie de modul în care se aleg semnalele de ieşire ale potenţiometrelor. În particular, dacă se ia din (9.29) rezultă!

Z=P&

!._=Pa =kx=f(M), y

şi y=P (9.30)

p

adică se rezolvă ecuaţiile (9.l}şi (9.2).

Fig; 9.9. Schema de calcul a relaţiilor de etalonare pentru M

şi

V.

. Dacă mărimile p şi Pa variază·, se produce .dezechilibrul punţii for-. mate de Rh R , Rz şi Ry. Se obţine astfel un semnal în diagonala punţii 2 care este amplificat în Al şi apoi introdus la intrarea motorului M. Acesta acţionează cursorul potenţiometrului R 3 prin intermediul unui 226

redu~tor şi al unui dispozitiv de corecţie; Potenţiometrul R 3 este astfel profilat încît unghiul de rotaţie a al motorului -M1 este proporţional cu expresia, 1 +0,2M2 adică:

(9.31) acţionează Potenţiometrele R 4 şi R 5

cursoarele potenţiometrelor R 4 , R 5 , R 8 şi sînt astfel profilate încît la satisfacerea relaţiei (9.31) raportul R 4/R 5 este propm;ţional cu numărul Mach. În acest caz potenţiometrul R5 împreună cu R6 furnizează semnale proporţionale cu numărul Mach. Potenţiometrul funcţional R 8 şi pofenţiometrul liniar R 11 intră în puntea de calcul a mărimilor V şi T. Dar pentru func2 ţionarea acesteia sînt ne~esare semnale proporţionale cu T f şi Tt. Pen2 tru calculul semnalului proporţional cu TY în s_chema în punte există· potenţiometrele R 13 şi R 14 · precqm şi· rezistenţa Rt 'a· elementului termosensibil. Potenţiometrul R 13 est~ astfel profilat încît, la echilibrul pun12 ţii, unghiul de rotaţie al motorului M 4 să fie proporţional cu T } , Simultan motorul M 4 deplasează cursorul potenţiometrului liniar R 9 aflat îri puntea de calcul a vitezei V şi cursorul potenţiometrului funcţional R 10 din puntea de calcul a lui T. 1n puntea de calcul a lui V se rezolvă ecuaţia de etalonare (9.5). în acest scop puntea se compune din potenţiometrul profilat R 8 , potenţw metrul liniar R 9 - de la care se obţine semnalul dependent Tb şi potenţiometrul liniar R 7 de prelucrare. Unghiul de rotaţie al motorului Ma şi semnalul obţinut de· la potertţ:ioril.etrul R 7 sînt proporţionale cu viteza adecvată V. Motorul ·M3 deplasează simultan periile pe potenţiometrul R 16 dispus în sistemul urmăritor de introducere a lui V în indicator, precum şi periile. a şapte poteu.ţiometre R 7, care transmit semnale de viteză adevărată diferitelor automate de bord. · Puntea de calcul a lui T cuprinde potenţiometrul liniar R 11 , la care se aplică semnalul (1 + Ot2 M 2 ), potenţiometr:ul .profilat Tb şi potenţio metrul de prelucrare R 12.-IJnghiul de rotaţie· .alarboreluLmotorului M 5 este proporţio~al cu temj)erar.uraTef!Jă T--a} .atmosferei. De 'arborele motoruluL M 5 sînt legate perlile' ,potenţiometrului R 12 precum şi periile potenţiometruhii RH1 . din sistemul urmăritor de introducere a lui T în indicator, periile ·a două potenţiometre RT pentru elaborarea semnalelor privind temperatura T la diferite aparate şi periile potenţiometrelor care intră în puntea de calcul a mărimilorTmed şi Â. Pentru calculul altitudinii cu relaţia! Simultan, M 1

R 11 •

H=RTmed lrt( ~),

se utilizează puntea de prelucrare a mărimilor p 0 , p, Tmed şi H (fig. 9.10). Calculul raportului pjp0 se efectuează în puntea· care cuprinde potenţio metrele R~ 7, R 28 şi R 29 • Semnalul p, obţinut de la potenţiometrul H27, a cărui perie este deplasată de electromotorul transmiţătorului de temperatură T, se aplică la potenţiometrul R 28 , iar semnalul p 0 se introduce 15*

227

manual la potenţiometrul R 28 • Unghiul de rotaţie al electromotorului M 11 este: ~ga! cu raportul pfp0 • Motorul M 11 deplasează peria potenţiometru ... lui funcţional R 2M care este astfel profilat încît să se obţină ln(p0 jp). Acest potenţiometru intră în puntea de calcul a lui H. Celălalt potenţio metru R 25 al acestei punţi este liniar; de la el se culege semnalul T med·

Fig. 9.10. Schema de calcul a relatiilor de etalonare pentru ,Tmed' T şi p. ~228

Unghiul de rotaţie al motorului M 11 este proporţional cu altitudinea H. Motorul Mg, simultan, deplasează periile a două potenţiometre R 33 , care intră în sistemul urmăritor, dă semnalele la indicatorul de altitudine al pilotului şi la cel al navigatorului, la periile a patru potenţiometre Ra care -elaborează semnale de înălţime altor consumatori, şi la periile potenţiometrului R 23 din puntea de calcul a lui T med· Puntea de calcul a lui Tmea rezolvă formula:

-T+ T med-

To-Tu Hu -'

2

H

unde pentru H
9.5. ERORILE CENTRALELOR DE ALTITUDINE-VITEZĂ

9.5.1. Erorile metodiee Cauzele acestor erori nu diferă de cele arătate în cap. 6, 7 şi 8. Dintre acestea se menţionează: a) xariaţia distcibuţj,~J temperaturii cu altitud.inec:_Y!u permite determinarea corect~"" a tem;eeratgrif ,rp.edii _atmosfe ... rice;---z52__ab.§.ent,a__iDformaţiilor pr~nd temperatura si J2fesiun~; c) imperfectiunea formei si incorectitudinea mgntătiL.J~rizei de presiune, care~ captea~ă ..~ln!:I:e!:m@Jg~--ntriJac€;t"€'~~mări:m.. d ~rarea impre~"" cisă _a tempera turii aerului frînat din cauza im erfectiunii transm1ţa orului res e aca T 0 şi !lp sînt erorile de determinare a temperaturii şi presiqnii aerului la sol, ilpd şi llp erorile de captare a presiunilor de către priză, Il~ şi Â T1 - abaterile coeficientului de frînare faţă de c~l de calcul şi eroarea de măsurare a temperaturii T, prezenţa lor în măsurarea parametrilor primari va introduce -erori în calculul parametrilor de ieşire. 229

· 9.5.2. Erorile instrUD1entale Erorile instrumentale ale centralelor de altitudine- viteză apar da-:erori pot fi împăr

torită greşelilor de construcţie şi de montaj. Aceste ţite iri două grupe: erori statice şi erori dinamice ..

a. Erorile statice se datoresc -va:riati~î t~J.ztPeratztTii elemenf:~lor comp,onenti? ale centralei, imprec~~iei de. modelare a . C?P.~I..(ltiilor de ---calcul,

tr:~~ril!JxJiî Zâţprre

tltc_

· · .,

.-=----~---- · ··

.

· ··

·

~

". Erorile de temperatură ale transmiţătoarelor pot fi eliminate prin termos tatarea centralei, iar erorile introduse ·de ·punţile de calcul pot fi micşorate alegînd în mod convenabH materialul potenţiometrului. Neliniariţatea elementelor constructive determină de asemenea apariţia unor erori.\ Pentru eliminarea lor este necesar ca toate caracteristicile, liniare şi neliniare,_ să fie eît mai riguros realizate practic. Pentru micşorarea erorilor datorate modelării operaţiilor· de calcul se utilizează dispozitive de reglaj şi :de corecţie. în cazul centralelor de altitudine şi de viteză frecădle în lagăre nu produc erori de valori mari, daţorităfaptului că.se folosesc;: sisterne urmăritqare. Din acelaşi motiv, varia:ţia tensiunii de ali:mentare şi a frecveriţei,acesteiâ nu inflU.~nţează precizia centralei. ·

9.6. PARTICULARITĂŢILE CONSTRUCTIVE ALE CENTRALELOR DE ALTITUDINE ŞI VITEZĂ

Centralele de altitudine şi viteză se construiesc de regulă, sub- forma a. cîteva blocuri, dintre care se m~nţionează: blocul tran:smiţătoarelor BT-, blocul de .calcul BC, indicatorul de înălţime ~ll navigatorull1i A. Nav, in~ dicatoare pentru ţnălţime .H, pentru numărul M, pentru temperatură T şi receptorul de . temperatură etc. Pentru informare se prezintă cîte~a performanţe ~le ·unor centrale de altitudine şi viteză. a. Centrala de altitudine-viteză "Elliot" (Anglia), permite obţinerea a pat:ametrilor aerodinamici ai regimurilor .de zbor. Această centrală înlocuieşte _12 diferite transmiţătoare· de inălţime, viteză, număr Mach, temperatură, densitate a aerului etc. Semnalele de ieşire sînt tensiuni electrice ...·şi ··deplasări unghfulare. în ebm ponenţa centralei ·intră · transmiţătorul de presiuni, termometrul cu rezistenţă, calculatorul· şi in~ centralizată

230

dicatoarele parametrilor de ieşire .. Centrala elaborează semnale de copentru pilotul automat, navigatorul automat si alte sisteme automate. :în gan1a de :viteze cuprinse între 150 şi 280 km/oră scara indicatorului este liniară, iar în gama 280-1 670 kmjoră scara aparatului este logaritmică. Indicarea numărului ·M se face între limitele 0,3 şi 3, iar a altitudinii între 300 şi 30 000 m. Viteza de zbor măsurată este cuprinsă între 370 şi 2 965 km/ora, iar viteza verticală pînă la 15 m/s. Centrala cîntăreşte 9 kg şi ~onsumă de la reţeaua de c.a. de 115 V şi 400 Hz o putere de 160 VA .. mandă

b. Centrala de altitudine-viteză "Kelvin" (Anglia) intră în complexul de ;pilotaj şi navigaţie a avionului sau se prezintă sub forma unui bloc separat. Calculatorul centralei .primeşte semnale de la receptorul de p~esiuni şi de la termometrul cu rezistenţă şi elaborează semnale de viteză şi număr M la un indicator şi semnale altitudine şi viteză verticală la alt indicator. Limitele maxime pentru măsurarea altitudinii, vitezei, numărului M sînt 30 km,·- f 6~70 km/oră (viteza indicată) şi respectiv 3. Viteza verticală se măsoară în limitele +20 mjs. Greutatea centralei este de 22 kg. c. Centrala aerodinamică "Crouzet" tip 52 echipează avionul de pasageri Concorde. EsV~ de construcţie modulară şi posedă circuite de autotestare şi de supraveghere. Are în componenţă un transmiţător de presiu:ne statică,. unul pentru presiunea dinamică, un modul de altitudine, un modul de ':!alcul al numărului Mach, un model de viteză adevărată şi de unghi de 'JncideJţţă. I se pot ataşa 22 cartele electromagnetice. La intrare se introduc semnale de p, Ptt oc', T1 şi rxN (unghiul de incidenţă al conului frontal). Pe baza acestor informaţii primare se obţin la ieşire mărimile: H, Vi, V, V'(;, T, MMO, V.MO, Vv, unghiul de incidenţă corectat oc şi un semnal de viteză maximă permisă. Aparatul declanşează semnale de alarmă cînd sînt depăşiţi parametri H, Vv, M, rx şi V. La bordul avionului se găsesc două centrale aerodinamice cuplate între ele printr-o interfaţă de comparare. Centrala este alimentată· în c.c. cu 28 V (pentru circuitele de alarmă) şi în 'c.a. cu 115 V la 400 Hz; consumînd o putere de~l 00 VA. d. Centrala aerodinamică digitală tip 70. Una dintre realizările recente în acest domeniu o re·prezintă centrala aerodinamică digitală tip 70 a firmei franceze Crouzet a cărui schemă bloc este prezentată în fig. 9.11. Ea asigură calculul şi distribuţia parametrilor aerodinamici pentru avioanele· de· transport subsonice din noua generaţie. Folosirea unui convertor numeric:..:analogic multiplexat permite să se obţină la ieşirea centralei parametri de tip analogic; beneficiind totuşi de tehnologii numerice. La intrarea centralei se introduc următorii parametri: presiunea statică p, presiunea totală Ptt temperatura aerului frînat T1 şi o corecţie barometrică (altimetrică). Semnalele de presiuni sînt măsurate cu ajutorul captorului din fig. 9.12. Semnalele obţinute de la captor împreună cu semnalele furnizate de sonda de temperatură şi potenţiometrul de 231

r----------~--------------,

1

1 1 le~iri onologice

1

Ps

-sincronizuli

• -tensiuniCC -tensiuni CA

-contucle

~tie

ftmperu/vni

Iesiri dgilole sfont:lortlA!IIIIC 575/576 purulel Hp. cou'OACI

.,.

1,i

1

1 1

1 1

1

~

Alimenfo;e 1/5 V rOOffz \

L--------~---------------~-~

Fig. 9.11. Schema bloc a centralei aerodinamioe a firmei Crouzet tip 70.

r-""=-~-----

1 ;el 1

1

.f 1

1

1

1

1

10

1 1

1 1

1

1

8

1

_____ J

L-------

1

Fig. 9.12. Schema bloc a captorului de presiune din cen'trala aerodinamică tip 70. 1 - oscila tor; 2 - amplificator-demodu1a
232

corecţie barometrică se aplică la intrarea unui adaptor şi apoi într-un convertor analog-numeric. După conversie, semnalele discretizate se introduc într-o unitate de calcul care prelucrează semnalele de intrare şi elaborează semnale de ieşire privind: altitudinea, viteza, numărul Mach, viteza maximă admisă Vl\.1"0, viteza verticală, temperatura aerului etc. Aceste Informaţii (v. fig. 9.11) sînt transformate în semnale analogice cu ajutorul unui convertor N-A, care pot fi afişate sau utilizate în diverse instalatii si sistem-e automate de bord. Calculatorul are trei adrese si funcţio~ea~ă pe baza unui program fix: Este realizat din circuite logic'e integrate. Operaţiunile sînt executate în sistemul cu virgulă mobilă. Calculatorul este format din patru subansambluri funcţionale: o memorie programată, o memorie constantă, un operator şi o bază de timp. Alimentarea centralei se face în c.a. la tensiunea monofazată de 115 V, 400 Hz, puterea consumată nedepăşind valoarea de 95 VA.

~

tl

.10.

DETERMINAREA- DIRECTIEI DE- ZBOR

10.1. NOŢIUNI INTRODUCTIVE Unul dintre parametrii principali necesari pentru rezolvarea problemelor de navigaţie îl reprezintă unghiul care precizează direcţia de zbor. La definirea acestui unghi se are în vedere o -direcţie de referinţă reperabilă în orice condiţii şi inva:r:iabilă în timp şi spaţiu. Direcţia de {'lrn !Ve referinţă este asociată cu anumite feno/Jc mene terestre sau cosmice, naturale sau artificiale. Astfel, linia de referinţă poate fi tangenta la meridianul geografic în punctul considerat, după cum şi tangenta la -meridianul- magnetic din acel punct. Direcţ-ia· d-e -referinţă mai poate fi reprezentată de -proiecţia pe planul orizontal local al dreptei care uneşte punctul de observaţie cu un astru._ Dacă se au în veA -1----~--=~~---\----B dere unele fenomene artificiale, linia de referinţă poate fi dreapta care uneşte .punctul de observaţie cu o staţie de radioemisie (radiofar) sau cu un aparat de zbor. Priri cap se înţelege unghiul format de· proiecţia orizontală a axului longituFig. 10.1. Definirea directiei de dinal al avionului (de partea din faţă a zhor. · acestuia) cu linia de referinţă. Acest unghi se măsoară în sens orar şi are valori cuprinse între O şi 360 grade. În funcţe de linia sau planul luat ca referinţă (v. fig. 10.1) se deosebesc: capul adevărat, CA, reprezintă -unghiul format de proiecţia axului longitudinal al avionului pe planul orizontal, cu tangenta la meridianul geografic al locului ON; 234

~ capuJ m,agnetoiţ, CM~, este unghiul format de proiecţip _orizontală a ~rl,ii din faţă a a)qJlui longitudinal al avionului cu tangenta .la. meridia-

nul n:1agnetiejn -:punctul-.considerat·()Nm; capul eqmpas, ce, este unghiul prezentat definit în raport cu planul, xneridianplui magnetic al corn pasului. -Între -.aceste unghiuri există c

r~laţiiţe:

CNL CC+8c;_ -

---

}

·cil· CM+8m=CC+8c+8m-,

(10.1)

declinaţia magnetică, iar 8c deviaţia magnetică. reprezintă unghiul format de axul longitudinal avionului în raport cu o linie. de referinţă arbiţţară, AB. Dacă unghiurile definite mai sus se~ măsoară nu în ţap9rt cu partea

în care 8m este

Capul relativ, CR,

al

cu

din faţă a axului longitudinal, ei în raport vectorul vitezei de drum, aceste unghiuri se vor numi drum adevărat, drum magnetic şi respectiv dr11m cornpas. Peptru. deterwinarea. unghjului. de drum este necesar să se cunoascŞ. unghiul de cap şi deriva· {y. triunghiul viţe2;elor, cap. 7): Pe. lîngă e,apurile definite .în !'aport cu meridianele terestre, în aeronavigaţie se mai pot utiliza şi unghiurile măsurate în raport cu alte linii de referinţă, care se numesc, în general, gismente (fig. 10.2). Aceste unghiuri se măsoară tot în sens orar şi pot avea valori cuprinse între O şi 36.0.-g;rade.- Ele sînt definite de proiecţia pe planul orizontal a axei longi~ tudinale J,l.. ayionuJu,ci •a:n -şi ~proiecţia pe .acelaşi plan a liniei ce uneşte centrul de}mas~~ al avionului, cu obiectul- viiat deda bordul său.'În func... ţie de situaţiile~d1:n. fig. 10.2 se disting următoarele unghiuri: gisilientUl' radîost-<:tţîei, ~~; ~ este unghiul io:rmat de. proiecţiile pe planulco:rizontal·al axei longitudinate :a' avionului x 0 şi al liniei' ce uneşte centrul de masă al avionului cu staţia de goniometrare; •

o

_·_.

-ry::gismentul sau azimutul corpului ceresc, ~ 2 , este formqt din. aceeaşi

proie~ţi~, -x0, cu proiecţia, îrt di:h:~cţia, c.qrpului. ceresc;.

pe- planll;l o_:rizontal, a liniei dusă de 1a avion _ ._ . _. · ~ g~sme:ntttl sau ţ~,nghiul ţintei, - ~:z, este format de. x 0 cu proiecţia planul orizontal al drepţei C!E?: uneşte ayionu} CU ţinta terestră- SaU

p~ aeriană.

23!,1

Instrumentele care furnizează informaţii vizuale privind capul aparatelor de zbor sau asupra gismentelor obiectelor vizate se numesc compasuri. Ele se utilizează în cazul conducerii manuale a aparatelor de zbor. Există aparate transmiţătoare ale capurilor, care elaborează aceleaşi informaţii ca şi compasurile, cu deosebirea că nu afişează aceste informaţii, ci le transmit la distanţă, în instalaţiile automate de pilotaj, navigaţie etc. Transmiţătorul de cap împreună cu un dispozitiv de transmitere la distanţă electric şi un indicator constituie aşa-numitul compas la· distanţă .

. 10.2, METODE DE MASURARE A CAPULUI Şl GISMENTELOR

În navigaţia aeriană se utilizează mai multe metode de măsurare a unghiurilor de cap şi gismentelor. Printre acestea se numără: metoda magnetică, metoda inductivă, metoda giroscopică, metoda radiotehnică şi metoda astronomică. ·a. Metoda magnetică. Metoda magnetică de măsurare a capului se pe proprietatea acului magnetic~ suspendat în cîmpul magnetic terestru, de a se orienta paralel cu meridianul· magnetic. Aparatele care funcţionează pe acest principiu se numesc compasuri 'J!Ulgnetice. bazează

b~ Metoda inductivă. Această metodă de măsurare a capului magnetic se fundamentează pe principiul inducerii de către cîmpul magnetic terestru a unei t~nsiuni· electromotocu-e .e,:într~un.tradtJ.ctor de inducţie, valoarea lui e fiind funcţie de .orientarea traductorului (sondei)J. Aparatele care funcţionează pe acest principiu se numesc compasuri inductive sau, mai exact, compasuri cu inducţie. electromagnetică.

c. Metoda giroscopică. Metoda giroscopică se foloseşte pentru măsu rarea capului adevărat şi a capului relativ. Măsurarea capului adevărat se bazează pe proprietatea pendulului giroscopic de a se orienta după componenta orizontală a vectorului viteză unghiulară de rotaţie a Pămîntului Q. Această metodă stă Ia baza construcţiei girobusolelor larg utilizate în navigaţia maritimă. Măsurarea capului relativ se bazează pe proprietatea giroscopului liber de a-şi menţine invariabilă în spaţiu orientarea axei sale proprii de rotaţie. Pe acest principiu se construiesc girosemicon1pasurile. giromagnetică şi giroinductivă. Aceste două m('tode utiliatît giroscopul liber cît şi traductoarele sensibile faţă de orientarea în: cîmpul magnetic terestru. Traductoarele au rol de elemente de corecţie a gir6scoapelor. După acest principiu se realizează compasurile ·giromagnetice şi giroinductive, care măsoară capul magnetic.

ci. Metodele

zează

236

e. Metoda radiotehnică. Metoda radiotehnică se utilizează pentru mă gismentelor în raport cu staţiile terestre numite radiofaruri. Metoda se bazează pe dependenţa dintre semnalul receptat de o antenă ·cadru şi unghiul dintre planul cadrului şi direcţia către radiostaţie. Orientarea cadrului către direcţia de recepţie optimă se face automat. Aceste aparate se numesc radiocompasuri automate. · ~urarea

f. Ivletoda astronomică. Această metodă se utilizează pentru determinarea unghiurilor de gisment ale corpurilor cereşti: Soarele, Luna; stelele. Metoda se bazează pe vizarea corpurilorl cereşti cu ajutorul unor dispozitive optice, plasate la bordul aparatului de zbor. Vizarea se poate face fie manual, fie automat. 1n ultimul caz, se folosesc traductoare cu celule fotoelectrice care dau semnalele necesare urmăririi automate de către dispozitiv a astrului vizat. Aparatele care funcţionează pe acest principiu se numesc compasuri astronomice automate.

10.3. COMPASUL MAGNETIC

Se poate considera că busola este unul dintre primele instrumente folosite de om. Există informaţii certe că proprietatea acului magnetic de a se orienta după direcţia nordului a fost cunoscută de chinezi, cu 2500 de g,pi înaintea erei noastre. Dezvoltarea navigaţiei maritime şi, în secolul ·nosţru, a navigaţiei aeriene, a determinat perfecţionarea acestui instrument. Există mai multe modalităţi de utilizare a cîmpului magnetic terestru peri.tru realizarea de compasuri. Cîteva dintre acestea sînt prezentate sintetic în tabelul 10.1 [135].

10.3.1. Magnetismul terestru . Mă,sură,torile efectuate pe întreaga suprafaţă a Pămîntului, la sol şi în altitudine, au arătat că acesta posedă un cîmp magnetic al cărui spectru este asemănător, într-o primă aproximaţie, cu cel al cîmpului magnetic produs de un magnet permanent în formă de bară (dipol magnetic). Asemănarea este valabîlă dacă magnetul permanent are lungime mică în comparaţi~_ cu diametru! globului terestru, este plasat în centrul :Pămîn tului, înclinat cu 11,5° faţă de axa de rotaţie diurnă, iar polul sud este orientat Îrf partea polului nord geografic. Cîmpul magnetic terestru are, în realitate, o structură spaţial __:... temporală mult mai complexă. Pentru un anumit loc şi la un moment dat se consideră că el este rezultanta mai multor cîmpuri. Astfel, cea mai mare parte a cîmpului magnetic terestru total, a cărU.i intensitate se notează cu vectorul T, o formează cîmpul regulat T 7 • Intensitatea lui, Tr, este funcţie de coordonatele Îl. şi cp longitudinea şi latitudinea locului în, care se măsoară. Magnetismul scoar-

237

.Tabelul lO.J.

Traductoare pentru cÎIIlpul magnetic terestru Tipul ,traduc-. torultii

Magnet permanent ·mobil~---

1·.-

.1

Schema de principiu

ieşire

- Caracteristica .· .·1 statică c 1

rotaţie

·~ SVH -.·

Semnificaţia notaţiilor

M - cuplul stam - momentul bilizant; ·magnetic al barelor; l - sistemul de

Unghi de

1

_(X

magneţi

A - secti unea totală a' bare-

Tensiune cu frec-

Indu:'c~

tiv- cu

cîmp constant

_-_s_e~- de n_al_-_ul---

lor de perma..: loy; N 1 - bobina

venţa

dublată

primară;

1

N2

-

bobina

secundară;

f.1.- permea-

bilitate

Gene--rator dec.c:

N ;:_

Tensiune electromotoare

-

H

E

numărul

conductoare; a.-_ numărul căilor de curent; A - aria spi>rei; ro- viteza de

a mărime

constantă

~r~~_aţie

L - distanta de _d~piasare _â electronilor; ua- tensiunea

X=CH X

· c :::::0,15 L 2 ~·

anodică; 5

1 - catod; 2 - tub !Cato--

dk; -

--3 _;..;_ hobine··de deflecţie

-H ~~-- ;...:j/, . -_. __

~-.

t/ .

-- .z

sit.mii · -uniare D.l a ba rei

ko - coeficient magileto.,. strictiv; l 0 - lungimea initială a batei; ~ 1-

bară;

2 - cristal

piezo-electric

Tabelul 10.1 (continuare)

tra-I

Tipul duetorului

Schema. de principiu

Nu-·

.· 1

Sem.na.lul de ieşire

·Viteza • de pre. cesie a atom ului. (Prece8ie Larmor

elear

6>)

Caracteristica statică ·

·1·

semnificaţia notaţiilo.

p......,. momentul magnetic al raportul atom1.llui; giromagneJ - spinul · :._atomului; tic ...· 1 - emiţător de î.f.; 2 - mediu activ; 3 -receptor

m="'(H "'(=f.J.!J

ţei terestre se manifestă printr-un·cîmp magnetic, cimpul crusta!, a cărui intensitate; T~, este inferioară intensităţii T,. a cîmpului,. magnetic regulat. Această componentă este datorată proprietăţilor magnetice şi accidentelor structurale ale scoarţei terestre. ' Peste aceste două cîmpuri, considerate invariabile şi legate de structura globului terestru, se suprapun alte două cîmpuri, care, pe lîngă faptul că depind de coordonatele punctului de observaţie, sînt variabile şi în timp. Unul dintre acestea are originea cosmică şi este cunoscut sub denumirea de cîmpul variaţiilor, periodice şi ai perturbaţiilor 1\,. Cealaltă componentă, de origine terestră,: are o~varii;iţie.lentă In timp şi se numeşte . · " cîmp de variaţiesectdară T 8 • în concluzie, cîmpul magnetic terestru total, T~ ·măsurat la un moInent dat, t, într..:.un punct de coordonate A şi c.p are· expresia:

(10.1)

d) arată că acest cîmp este funcţie numai de promagnetice PM ale rocilor şi de :distribuţia lor d, în scoarţa terestră. Componentei Te i se datoresc anomaliile.cî:6i):nţ1uirnaghetic terestru pro~ocate· d~'dU!i.Imulăril~' ·de: FOCi magnetice ÎR :gtiosolul-regiunii respective. Vectoru1··T.al iritensităţli cîmpului magnetic .terestru, care ·este tangent la liniile de cîmp,- se .exprimă,. pentru un· punct oarecare de pe su~ prafaţa · părriî11tului, prin. corp.ponentele . . sale pe. axele . triedrului orizontal O .·~· ~ ~ cu originea O, în punctul de Înăsura:re: axG1 O t, este orientată după ver~icală-, OE spre est, iar O 1J este tangentă la meridianul geografic şi o-ri€mtată spre·nol'd (fig. 10.3). ·componentele vectorului T. după axele oe, ~ )') şi D. t,· s~ potează cu )(, Y şi respectiv. Z .. În na:vigaţie, în locul componentelor X şi Y se utilizează componenta orizontală.:H; a.cîrnpului magnetic terestru, precum şLunghiull::.m, numit declinaţie magnetică; .dintre .această componentă. şi planul; meridian. De ·asemenea, ··în·IocuL lui-· Z, .Jnteresează-unghiul 1, nuniit.·înclinaţie magne-. 1n care

mărimea Tc(PM,

prietăţile

239

tică~

format de vectorul T cu planul orizontal local. Între aceste elemente

există relaţiile:

X=H_ s_in_Âm;_Y=H cos ~m; Z=H tg I; H=Tcosi; } Z=Ţ sinI; T2=H2 + z2

(10.2)

Elementele , caracteristice ale cîmpului magnetic terestru depind de coordonatele /..., ! cp cît şi de altitudine. De exemplu, intensitatea cîmpului magnetic la ecuator este de 0,3 Oe, la poli de 0,79 Oe, iar la !atitudini medii, 0,4--0,5 Oe (lmOe=l/4 7t Ajm). 'l

Fig. 10.3. Componentele vectorului T. Repartiţia geografică

a mărimilor ce definesc vectorul T, este pusă

evidenţă cu ajutorul hărţilor magnetice. Pe hărţile magnetice se trasează linii ce caracterizează parametrii cîmpului geomagnetic cum sînt izoclinele, izogonele şi izodinamele. Locul geometric al punctelor în care înclinaţia magnetică este constantă· (I=const.) se numeşte izocline. Izoclina cu J _·O se numeşte aclină şi reprezintă ecuatorul magnetic. Liniile de declinaţie magnetică constantă (~m=const.) se numeşte izogone. Izogona

în

cu llm .. O se numeşte agonă. În orice punct al acestei linii, compasul magnetiC va indica nordul adevărat, dar numai dacă deviaţia este zero (~c=O). în sfîrşit izodinamele sînf curbe pentru care H=const;, T · const. sau Z=const. Deoarece aceste elemente nu rămîn constante în timp, hăr ţile magnetice se -raportează la o anumită dată calendaristică .cea _la care s-au cules datele pentru întocmirea hărţii respective). Din cele arătate~ precum şi din fig. 10.3 se poate constata că polii magnetici nu coincid

240

cu cei geografici. In consecinţă, axa polilor magqetici .nu trece prin centrul Pămîntului, iar poziţia acestora variază datorită cauzelor menţionate. Se mai poate observa că vectorul T este normalla suprafaţa Pămîntului în zona polilor magnetici, deci înclinaţia 1=90° şi tangent la această suprafaţă în zona. ecuatorului-magnetic, unde 1=0. Trebuie reţinut şi faptul că ipotezele elaborate privind natura magnetismului terestru nu dau explicaţii pe deplin satisfăcătoare tuturor fenomenelor magnetice observate (furtuni magnetice, anomalii etc.).

10.3.2.

A~cul

magnetic ca element sensibil

Se consideră acul magnetic în formă de bară din fig. 10.4, plasat în cîmpul magnetic terestru "cie intensitate T. Fie m momentul 1nagnetic ~1 acului. Experimental se constată că asupra 111agnetului permanent 1 (fig. 10.4, a) acţionează cuplul: " (10.3) în care 1-1 este permitivitatea aerului. Cuplul C se anulează numai cînd (X=O. Acul magnetic (v. fig. 10.3, b) se orientează pe direcţia vectorului T. Dată fiincLînclinaţia 1, această pozijie nu este orizontală. Pentru a corn-

TctMI..

CH

o Fig. 10.4.

Interacţiunea

m

dintre magnetul permanent de moment şi intensitatea T.

pensa înclinarea cu unghiul 1, centrul de masă al acului CM este deplasat de punctul de suspensie O, pe o distanţă oarecare spre polul magnetic sud al acului. Valoarea maximă a cuplului calculat cu formula (10.3) este 0,04 gfcm pentru compasurile simple ·şi 4 gfcm pentru compasurile la distanţă. faţă

16 -

Aparate de bord

241

1O.3.3. Construcţia compasului magnetic Schema de principiu ·a unui compas magnetic fără teleindicare este

prezentată în fig. 10.5. Echipamentul mobil al compasului constă din una sau maimulte bare magnetice 2, fixate pe flotorul 10. Flotorul şi lichidul 3

6

5

2 1

Fig. 10.5. Schema pasului

constructivă magnetţc::

a

corn~

, .

portlagăr; · z - ··magnet permanent; cadran; 4 -.lagăr; 5 · - :pivot.; 6 .._ geam; 7 ~ ·disc de cttire a capului; 8 carcasa aparatu}'ui; .9 - capsulă de corn~ pensare a dilatării lichidului; 10 - flotor.

1 ·-

3 -

Fig. 10.6. Schema

electrică

care umple carcaSa aparatului, 8, sînt alese încît_forţa preluată de pivotul 5 şi lagărul 4 să fie cît mai· mică; eventual zero. Pe flotor este fixat cadranul în forma de disc 7-. Acest echipament mobil se poate roti ne. limitat în jurul.axului său. Lichidul care umple carcasa 8 este, de regulă, ligroina .şi serveşte şi pentru amortizarea oscilaţiilor ·echipamentului mobil. Capsula 9 are rolulde a compensa variaţia volumului ·lichidului la modificarea temperaturii. Centrul de greutate al echipajului mobil nu coincide cu· punctul de suspensie, ci ·este. depla~at,·astfet)noît< să asigure com~nsarea forţei·. create de__co:mpo.henta verticală a vector1.1lui. T~ Compasul magnetic descris are particularitatea că indică local capul mag-

a compasului magnetic cu transmisie la

distantă: 1 ' - c
rotitor;

& ·"'-'.

ac indicator.

netic adică nu d~ posibilitatea teleindicării.. Acest fapt implică· moqtarea aparatului în cabiria. pHotului sau riavigatorului, fapt care· îl expune influ~n ţei cîmpului magnetic produs de-aparatele şi ihstalaţiile electrice de bord 242

pre(!Uln: şi d~,-pi~Bele din m~teria). fer :>-magnetic - Gare intră în construcţia ayio:nu,lui. Pentru micşorarea ac~stei erori se utilizeaz~ compasuri magnetice -la distanţă. De aeeastă dată sist ~mtil magnetl.c, constituit ca transmiţător, se montează în afara cabinei, într-un loc convenabil (în coada avionului sau în extremitatea unui pla11-) unde perţurbarea cîmpului magnetic terestru este cunoscută. Orientarea axului longitudinal al avionului faţă de direcţia- meridianului se măsoară prin poziţia faţă de echipamentul mobil care, dacă nu este perturbat, se menţine· în planul acestui meridian. Folosind un .sistem de . . transmisie la distanţă convenabil,- se pot obţine indicaţii în_capina avionului. Dintre aceste aparate se menţionează compasul magnetic cu tt-ansmisie potenţiometi"ică la distanţă (fig. 10.6}. Aparatul conţine sistemul de magneţi de care se fixează trei perii 1, dispuse sub unghiul de 120°.

10.3.4. Erori•e

compasult:ţi

magnetic

Compasurile magnetice sînt afectgte qe multe tipuri de erori, motiv pentru care au o utilizare limitată în aviaţie. In cele ce urmează se prezintă pe scurt .acel~ erori -(!are sînt proprii şi compasurilor. inductive, acestea din urmă avîncr o latgă întrebuinţare· ia bordul aeronavelor moderne.

a. Deviaţia magnetică. Sistemul magnetic al compasului reacţionează la cîmpul magnetic exterior care" în realitate, este rezultanta dintre cîmpul magnetic terE?str1l,~Ş:i;:,cimJ~ulp:rq.p~iu ·al avionului c1atqr;at pieş~lor qin oţel,.. instalaţiilor.· E{lectrice şi radiotehnice . bord etc.· Din .acest· motiv sist~mul magnetic al compa.sului nu se orl.ehtează după meridianul magnetic, ci are. o abatere /)..c numită deviaţie-magnetică. Fără a intra în detalii se menţionează că deviaţia are trei componente: o componentă constantă 8h o componentă semiCirculară 8 2 şi o componentă cvadrantală (sau cuaternară) 8:. Deci derivaţia totală este:

de .

(10.4) 7'Compop~l},ţa_ ~n,stanti,~S;t ;~S~~ datoreşte în. principal.montării impteciseacom:easului pe &Vion.şi . se notează. de . regulă 8 1 ~A. Pe graficul din fig. io.t acea~tă:deylaţie reprezintă o dreaptă paralelă ctt. axa absciselor. Componenta 82 - ~si:e · produsă de: a) masele de oţel dur şl de corpurile inagll,etizate p~rmariertt; 'bt cîmpurile magnetice constante datorate unor surse electr1ce' de bord, cîmpuri ·ce nu-si modifică orientarea la rotirea avionuluL Se consid.eră.~deci cîmpuLJ.I t~restru şi simultan intensitatea F aeîmpuluj. produs de cauzele menţionate. Vectorul F este orientat invariabţl :faţă ,de a~111 Jofi:giţl!dinaţ aJ ·avionului sub unghiul ~· Cîmpurile H şi F acţionînd asupra .l'istell1ului: magiJ.~tîn a) compasului conduc la urmă• toarea· ecuaţie de echilibru:

-;-:7MM±iv.lp=0, 1~*

(10.5) 2~~

cele două cupluri rotindu-1 către direcţia "meridianului magnetic" al cornpasului care formează unghiul 8 2 (fig. 10.8, unde GJ 1= GJM) cu meridianul dat'de H. Se poate deci scrie: (10.6)

Fig. 10.7. Componentele

deviaţiei

compasului.

Pentru deviaţii mici sin ~ 2 ""'8 2 şi neglijiind pe 8 2 faţă cţe ~M+ ~

se

obţine:

(10. 7) adică deviaţia 8 2 are o variaţie periodică în funcţie de capul avionului. Intrucît la o variaţie a lui GJM de 360° această deviaţie devine maximă dedouă ori şi se anulează tot de două ori, ea a . . căp~tatde:numi~ea de deviaţi~ semicirculară . •,.Expresia (lOS) pentru ~-""const se poate scrie

··scib'îorma: · 82= .!_ H

··

··

··

~

cos~ sin 4JM+ .!_sin~ cos GJM= · H · (10.8)

unde B si C sînt coeficienti ce caracterizează deviaţia datorată maselor di~ fier dur. ln ce priveşte componenta 8 3 ·.a deviaţiei se menţionează că ea este produsă de masele de fier moale de la bord. Este cunoscut că Fig. 10.8. Componef1ta. se- aceste mase se mâgnetizează sub influenţa cîmmicirculară ·a2• pului H, dar în general axa de magnetizare nu coincide cu H. Notînd cu K intensitatea acestui cîmp şi cu ~ unghiul format de K cu axa avionului, din ecuaţia de echilibru a cuplurilor rezultă: (10.9)

244

în acelaşi timp intensitatea cîmpului· K indus depinde de intensitatea dmpului inductor H conform relaţiei: · K=kH cos·(4JM+~), unde k este un coeficient ce caracterizează fierul moale. Considerînd pe 8 3 mic, din (10.10) şi (10.9) rezultă:

(10.10)

83=k sin (4JM+ ~)cos ('4JM+ ~), sau dacă se notează k=2 n obţine:

(10.11)

83 =n sin[2 (4JM+~)], de unde dezvoltînd se poate scrie:

(10.12)

~)sin (2 4JM)+ n sin (2 ~)cos (2 ~·M). Introducînd not&.ţiile n cos (2 ~)==D şi n sin (2 ~)=;E rezultă: 83 =n cos (2

83 =D sin (2 tflM)+E cos(2 4JM),

(10.13)

(10.14)

unde D şi E sînt coeficienţi aproximativi ai deviaţiei ce caracterizează masele de fier moale ale avionului. Deoarece deviaţia 83 capătă valoarea maximă şi se anulează de patru ori în 360°, ea a căpătat denumirea de deviaţie cvadranta:lă (cuaterriară) (fig. 10.7). Cu aceste precizări deviaţia totală (10.4) devine [96]:

8t=A+B sin 4JM+C cos 4JM+ D sin (2 $M)+E cos (2 4JM)==Âc, (10.15) care arată că dacă se cunosc coeficienţii aproximativi A, B, C, D şi E ai

deviaţiei se poate calcula deviaţia totală a .compasului la orice cap 4JM· Coeficienţii A, B, C, D, E se .pot determina pe cale experimentală. r\_~ţfel, măsurîndu-se deviaţia totală la unghiurile indicate în formule, se

obţip.e sistemul de ecuaţii:

~

80 =A+C+E; 800==A+ B-;:-E;

·

845

=A+Bp+Cp+D;

~~5~ il-.f.·JJp.,-Cp~D.;.· ·

8180 =A.-C + E;

8225=A-Bp-Cp+D;

B270 =A-B-E;

c315=A-Bp+CP-D.

(10.16)

unde P=sin45°=cos 45° . vf2;2. Rezolvînd sist~mul de ecuaţii (10.16} rezultă:

A= ~o+~9o+~Iso+~270;

B= ~90-~270 2

4

; ..

c= ~o-~~80;

.·.

2.

D .. ~45+~225-~135-~315; E= ~o+~Iso-:-~9o-~271F; .

.

4

4

-

(10.17)

Cunoscînd coeficienţii (10.17) pentru capurile menţionate, ei se pot utiliza pentru a calcula deviaţia (10.15) la orice valoare a capului 4;M. 245

Deviaţia magnetică. a compasurilor se compens~ază (elimină) ducînd aeronava pe o platformă orizontală la o distanţă de cel puţin 100 n1 faţă d~ loctţl_ ~e parcare al aeronavelor, faţă de ateliere, piste betonate cu armă tură metalică" retele electrice etc~· Deviatia se determină ca diferentă între capul magnetic Şi capul corripas Âc-q;!~4Jc- Pentru .compensarea' devia-

-'t.

_Fig. W.9. Dispozitiv de compensare; a deviaţiei: · 1- -:.carcas~; 2;,.- .awbptl. ttl:msier·sr3J.i ; •iJ, ~ +arborf longttudil'lali; · 5 - m~gneţ~ dt!. , (l~()lffipensate.

ţiei compasurile sînt prevăzute cu un dispozitiv special (fig. 10.9) care Cl}prinde_cîţiva magneţi permanenţi ţină efectul dorit. -

ce pot fi

rotiţi

astfel_încît

să

se ob...,

__ h Alte erori ale compasului magnetic. Fără a intra în detalii, se n1en-:un corn pas m~gnetic il}dică eror;tat atît p~ tjmput zborului înclinat cît şî_ în zbqt: ,ell: :~C:f2y,ţ~f;~ţiţ~.. !~gste_~l"()~ţTezul_t~"~cţiii -!)~I'ţiculari

ţionează că_

tăţile ._-conştructfv~- ale· sist~in:tPltif ete"~:gfi~ţi',~e~tţifÎil~n'ţf.''~-;~~:U:enea, în timpul virajulni compasul magn~tic este antrehăfiii mîşcare3 de 2rcitaţfe,

iar după revenirea· din viraj echipamentul mobil- poate executa oscilaţii care împiedică folosirea eficientă a acestui instrument. Iată o parte din motivele care au determinat practic renunţarea la compasurile magnetice în aviaţie.

~

10.4. COMPASUL MAGNETIC DE ELECTROMAGNETICĂ

INDUCŢIE

10.4.1. Prin.cipiul de funcţionare .

Prezenţa

echipaJ:ri.entului J:hobil format din flotor,

magneţi

perma-

nenţi şi lichid face din compasul magnetic- 'un instrument instabil, inco-

mQ;â în exploatare..Ş[•.Jmprecis. Acesta este motivul pentru care, în uJtinîii ap.i, s-a ~doptat CQffipasul magnetic de inducţie electromagneti~.ă.

246

TrebUie menţionat că noul compas funcţionează tot pe baza cîmpului magnetic terestru şi că o parte dih problemele privind deviaţia şi erorile acestuia sînt comune cu cele prezentate în legătură cu compasul magnetic. Spre deosebire de compasul magnetic, elementul sensibil al compasului de inducţie nu are un echipament mobil care să-şi menţină o anumită orientare faţă de meridianul magnetic. Lipsindu-i magneţii~ permanenţi

u,

1 Fig. 10.10. Traductorul de inducţie electromagnetică: 1 -

înfăşurarea prim~l!'ă; 2 -

de pen:naloi;

4

înfăşur:area secundară; 3 -

-.axa de. intrare.

miez

cu sistemul de: şuspe11si~, 99111pasul de inducţie nu are erorile legate de · · Pentru a explica principiul de funcţionare a compasului magnetic de inducţie, se consideră traductorul (ferosonda) din fig. 10.10. El este format din două bare dip~3, dispuse paralel pe un suport izalant şi două înfăşurări. Infăşurarea primară 1 se alimentează cu tensiunea. alternativă u 1 la frecvenţa de 400 Hz .. Ea este astfel bobinată încît cîn1purile magnetice .H1 .. produse.pr;in ::cele . două. mi~zuri de pernialoi să aibă 'Şensuri .opuse. Îrifăşurarea; secundară ?, de ieşire,:~este: boQÎ11Jlt~. pe~te. ambele ·bare~ :ln.aeeste condiţii, evident, fluxul magnetic rezultant este constant egal cu zero, astfel încît tensiunea de ieşire, u 2 , este şi ea în permanenţă -nulă. ·· ~ · Se consideră un cîmp magnetic constant H 0 orientat de-a lungul axei de sE:insipilitate 4:_c_4:' a ferosorideL Influenţa acestuia se poate· explica pe baza curbelor reprezentate în fig. IO.ll, a. La variaţia sinusoidală a tensiun:ii~Ui~ kle: intrare, inducţia magnetică în bare variază cu aceeaşi frecvenţă ca şi tensiunea, dar curba este o sinusoidă cţi atît mai deîormatăy {!U cît saturEtţia barelor este mai accentuată .. Jn fig. 10.11, b estec prezentată cu.tbâ de magn~tizare B~~B(HJ şi, c~rba de. variaţie· a· permeabilităţii magnetice li=Jt(H}. întrucît IJ.:._dJ3jdH~ valorilor maxime ale lui B le corespund valori zero pentru permeabilitate; Dacă A este aria secţiunii .celor două bare şi N 2 numărul de spire al bobinef· secundare, fluxul total prin această bobină este =N2 AtJ.Ho,

prezenţa luL

o

241

ctvînd variaţia îp timp dată de curba 4 din fig. 10.11, a. Tensiunea electromotoare. indusă în bobina secundară.este:

' -d

U 9= -

-

ili

.

.

='--N2 AH0

d(l. •

ili

Se poate efectua un studiu teoretic al ferosondelor dacă se aproxi_: analitic curba de magnetizare. 'Dintre multiplele posibilităţi de apro_xh;nare se reţine expresia B(H)=aH~bH3 în care a şi b sînt doi coemeaz~

. ,ll=v\:J

~.· i

,0----·~ {/)

B'

l/\

1\

~~CJ

.1'~ ~h 1

1\ (\ [\ [_

..

t

(\ [\ (\ 1 .

~~ Vtr Vo Vll :~~

t

{J

{J

1\

V V V

V 1\

(2} B

(3}

t

{'t)

r

(5}

!

{6)

,it

H

b

O,

Fig. ·lo'J.i. _xuQ:tţ~ofiar~a 'trad~ctorulţii ;de. il1ţlucţi·e: · ficfenţl. Inducţiile în cele două miezuri fiind B'=lJ.'(H0~H 1) şi respectiv B'' -;1J.''{H0 +H1}, tensiunea u 2 indusă în bobina secundară se exprimă mai riguros cu relaţia: ·

Este evident

că existenţa

semnalului u 2 este

posibilă

numai· dacă se

lucrează pe ·porţiunea saturată a curbei B(H) a celor două miezuri. În caz

cont:rar lJ.' =lJ." ==•lJ.=/Const, iar sub derivata din u 2 ar apare o mărime constântă (lJ.Ho) ceea ce implică u 2.-0. · Considerîndu-se cazul cel mai simplu al unor ferosonde cu miezuri Identice ~i ţinînd se'ama de sensul cîmpurilor prin miezuri, se poate scrie: --+l,\B' =a(H0 -H1 )~(H0--'-H 1 )3; . .

-

.

~

B''=a(H0 +H1)-b(H0 +H1) 3 •

24R

Curentul de excitaţie i 1 produce în miezul ferosondei un cîmp sinusoidal de forma H 1 -Hm sin ffit. Luînd H0 =const inducţia magnetică prin ambele miezuri este: ' B' +B'' =2aH0-2bHg-3bH0 H-:n+3bH0 H!cos 2 ffit,

iar tensiunea la bornele bobinei secundare devine:

u 2(t)--N 2A ~ (B'+B'~)=12 dt

1t

bAN2 H 0 H!f sin (2 ,ffit).

(10.18)

~---

Se observă că semnalul obţinut depinde de parametrii constructivi ai ferosondei precum şi de intensitatea H 0 a cîmpului magnetic de măsu rat. De asemenea intervine amplitudinea cîmpului magnetic de excitaţie Hm şi pulsaţia acestuia ffi=27tf. Se remarcă faptul că tensiunea de ieşire contine numai armonica a doua a tensiunii de intrare. ·Dacă eventuaL cîmpul de excitaţie are şi o componentă continuă H2, inducţia magnetică devine: · B'+B''=C-12bH0 H 2Hmsinffit+3bH0 H !cos(2 (l)t), unde C este componenta continuă a inducţiei. La bornele bobinei secundare rezultă tensiunea: u 2*{t)=127tbAN2 H 0 f(H!sin 2 (1)t+,2H 2 Hm cos (l)t),

(10.19)

care conţine atît -armoni ca întîia, cît şi ·armonica a doua a tensiunii de alimentare. Relaţia (10.18) este un caz particular al formulei (10.19). Intensitatea·· H0 a Cîmpului magnetic exterior poate fi privită ca o componentă a intensităţii cîmpului magnetic terestru H după axa de sen- · sibilitat~ a :(erosondei. Dacă H formează unghiul 4J cu axa 4-4', atunci H 0 ~1l{Joş 4;, iq.r (10.20) relatie care arată că ferosonda prezintă o diagramă de directivitate în raport cu 4J. . ' în particular, dacă 4; ia valorile de 90° sau 270°, semnalul-· cules u 2 (4J) devine nul. Aşadar, mărimea de ieşire, u 2{4;) din traductor este o funcţie de orientarea axei de sensibilitate în raport cu meridianul magnetic, deci de capul compas. Se reţine necesitatea de a stabiliza în plan orizontal_ traductorul. De asemenea, de reţinut că în (10.20) intervine componenţei orizontală H, a cîmpului magnetic terestru care, a-şa cum se ştie~ este o funcţie de latitudine. La !atitudini mari H(cp) se micşorează, astfel că, informaţiile U2.(~) despre capul magnetic nu sînt univoce. Pentru a evita neunivocitatea, se utilizează o metodă ·de măsurare prin compensare. Într.,..adevăr, folosind un sistem format de trei traductoare de inducţie conectate între ele (v. fig. 10.12), semnalul de ieşire nu mai depinde de intensitatea cîmpului magnetic terestru, ci numai de orientarea sistemului faţă de meridianul magnetic, deci de capul compas. în tabelul 10.2 sînt prezentate cîteva variante de sonde de inducţie cu cîmp magnetiC! constant utilizate în magnetometrie. 249

1ndirolo,r

inducţie electromagnetică

Fig. 10.12. Compas de

Tipuri de traductoare de Particularităţi

constructive

axă

j

inducţie

cu transmisie. la distanţă.

Cu trei axe ' de . sensibilitate

Cu două axe de sensibilitate

Cu o de sensibilitate ..

Tabelul 10.2

cu cîmp constant

2

Magneto:inetru inductiv cu circuit magnetic axial deschis

,,_·:~·-·...

~·.,

~~-

--~.",~

--4.$1

0,~.

Magnetometru inductiv cu · circuit magnetic axial închis

·~ 0x.

~

Magnetometru inductiv cu circuit magnetic inelar (închis) ·

:.~ ....

·ur~ ·

...

·.,_

~-

250

X·.

...

Se pot face- acum cîteva observaţii cu priVIre la construcţia acestor compasuri: a) semnalul de ieşite fiind o tensiune electrică, cm:ripasurile de acest tip sînt aparate cu transmitere Ia distanţă a indicaţiilor; b) transmitătorul format din cele trei traductoare nu se roteste fată de axa normaiă a avi-onului, ci are cel mult o suspensie cardani~ă, pe~dulară, organ care îi permite, în anumite limite, să se menţină în pla~ orizontal; c} sisten1ul de transmitere la distanţă a indicaţiilor se poate găsi fie în transmiţător, fie îrî indicator. Ultima variantă este întîlnită mai frecvent.

10.4.2. Construcţia compasului de inducţie Transmiţătorul acestui tip de compas 1 (fig. 10.12) este format din trei traductoare de ind:ucţie legate în triunghi. Din- vîrfurile triunghiulUi se duc trei' conductoare la indicator. Se culeg trei tensiuni a <;ăror valoare este funcţie de_ orientarea tran.smiţătoruluLfa~ă de meridiatiul magnetic .. Indicatorul conţine un selsin 2, la rotorul ·căruia se_ aplică tensiunile .aduse de la transmită tor. Tensiunea- electroniotoare indusă în rotorul selsinului de către cure:riţii ce trec prin înfăşurările statdrului, se aplică uririi amplificator 3. -

Fig. 10.13. Construcţia transniiţătorului inductiv: 1 - ·oar,casa bobinei prtmar,e; 2 - suport; 3 · - disc; 4 - platformă; 5 - contragreutate; 6 7 IOa~oosia bob inei s-ecundare; 7 - miez; •8 - . IClJXă; 9 priză; -!1.0 - garnitură; 11 - diSipOzitiv de compensare a deviaţiei; 12 .;__ capacul trimsmiţătorului; 13 ....., şm-ub; 14 ....., caTca.să; :15. ~ .flotor; 16 - suspensie cardanică; . 17 ;.,_,; :su.:Port de m:.o:ntaj ; · 18 - ghidaj. ·

251

De la ieşirea acestuia se alimentează un electromotor cu inerţie mică 4 care, prin intermediul reductorului 5, dă rotorului o astfel de mişcare încît tensiunea indusă în înfăşurare să se anuleze. În această situaţie,. linia polilor rotorului este orientată perpendicular pe direcţia fluxului magnetic statoric. Pe axa de ieşire a reductorului 5 se montează aool inţlicator 6, care împreună eu un cadran permite citirea acului magnetic. Îp cazul legării înfăşurărilor ca în fig. 10.12, orientarea fluxului statoric al selsinului este determinată de poziţia transmiţătorului faţă de componenta orizontală a intensităţii cîmpului magnetic terestru, adică de capul magnetic. La rotirea avionului cu 360°, deci la variaţia cîmpului cu acest unghi, fluxul statoric se va roti tot cu 360° şi, odată cu el şi rotorul selsinului. În acest fel poziţia rotorului selsinului corespunde capului magnetic. Transmiţătorul compasului de inducţie (fig. 10.13) cuprinde cele trei traductoare montate pe o platformă prevăzută cu o suspensie car-: danică şi un flotor. Acest sistem permite nivelarea, în anumite limite, a elementului sensibil. Pent-ru amortizarea oscilaţiilor acestuia, elementul sensibil, flotorul şi suspensia cardanică sînt cufundate Jntr-un lichid (75o;0 ligroină şi 25o;0 ulei). Carcasa transmiţătorului realizată din material nemagnetic este ermetic închisă pentru a nu pierde lichidul. Transmiţătorul este prevăzut cu un aparat ·de compensare a deviaţiei, asemă nător celui descris la compasurile magnetice.

10.4.3. Observaţii asupra erorilor compasurilor de inducţie Corn pasuriJe ,q~ ~l}~'l1C:t~~:tl~'~9~1·~j~t.~ro~i; ~t-dţlf~e ;;G(jl.Şi · ep1DPa.surile magnetice; '~rorL daiot:ate~:'{ieCI1naţi~f 7inagl:ietice, .·e:rori prâvodtte de deviaţia magn~tică, erori datorate înclinării avionului faţă de traductorul de inducţie (dacă acesta este suspendat cardanic) şi erori produse de înclinarea elementului sensibil în raport cu planul orizontal. Cauzele şi mecanismul apariţiei acestor erori sînt identice cu cele prezentate la cornpasurile magnetice. De asemenea, metodele de eliminare a erorilor sînt identice. In cazul compasurilor magnetice de inducţie se menţin următoa rele erori instrumentale: a) erorile transmiţătorului, provocate de variaţia tensiunii de alimentare şi frecvenţei acesteia, de schimbarea temperaturii mediului ambiant, de neliniaritatea caracteristicilor traductoarelor, de imperfecţiunile constructive etc.; b) erorile proprii sistemului urmăritor din indicator şi sistemului de transmitere la distanţă a indicaţiildr; c) erorile de prezentare (afişare) a indicaţiilor. Compasul de inducţie electromagnetică este utilizat, de regulă, în combinaţie cu aparatul giroscopic .denumit girodirecţional, .constituind pentru acesta un dispozitiv de corecţie în azimut. Astfel se obţin apara-

252

tele de indicare a direcţiei de zbor denumite girocompasuri de inducţie electr01:rwgnetică. _Ansamblul de probleme pe care le ridică atît compasurile giromagnetice cît şi compasurile giroinductive pot fi prezentate numaipebaza unor noţiuni de teoria giroscopului {v. cap. 15).

10.5. COMPASURI ASTRONOMICE Unele sisteme de indicare a direcţiei de zbor (v. cap. 15) conţin, pe alte transm_iţătoare de cap şi transmiţătoare ca:re funcţionează pe principiul vizării corpurilor cereşti numite· compasuri astronomice sau astrocompasu1·i. Avînd în vedere utilizarea relativ restrînsă în aviaţie a acestora se va prezenta succint construcţia compasurilor astronomice.

lîngă

10.5.1. Metoda astronomică de măsurare a capului Pentru rezolvarea problemelor practice de navigaţie cerul înstelat se reprezintă convenţional printr-o suprafaţă sferică numită sfera cerească. Toate corpurile cereşti se consideră situate pe această sferă, în centrul ei găsindu-se

observatorul. În unele cazuri centrul sferei cereşti se consideră în centrul I?ămîntuluL ;.â:rcr. ..lumiii:tepre.zintă linia ce se obţine prin prelungirea axei; de, roţaţie a Pămîntului. Ea intersectează sfera cerească în două puncte: polul nord al lumii PN şi polul sud al lumii P 8 . Planui cercului mare de pe sfera cerească care trece prin centrul sferei, fiind per-. pendicular pe axa lumii, se numeşte planul ecuatorului cere.sc, iar intersecţia dintre planul ecuatorului şi sfera cerească reprezintă· ecuatorul ceresc.. Planul ecuatorului ceres~ împarte sfera cerească în două semisfere: semisfera nordică şi cea sudică. Prelungirea direcţiei forţei de greutate din punctul observa.torului situat pe Pămint reprezintă verticala locului; ea intersectează sfera cerească în două puncte~ în punctul Z situat deasupra capului observatorului, numit zenit şi în punctul Z', diametral opus, numit nadir. Planul care trece prin punctul observatorului perpendicular pe verticală se numeşte planul orizontului adevărat. Acesta intersectează sfera cerească după un cerc mare numit orizontul ceresc. Planul care trece prin centrul sferei cereşti, zenit, nadir şi polii lumii se numeşte plaq~l meridian ului ceresc, iar. intersecţia acestui plan cu sfera cerească se numeşte meridian ceresc. Punctele de intersecţie dintre meridianul ceresc şi orizontul adevărat reprezintă nordul N şi sudul S, iar orizontul adevărat se intersectează cu ecuatorul în punctele vest V şi est E. (v. fig. 10.15 şi 10.16). Metoda astronomică de măsurare a capului se fundamentează pe principiul vizării unor corpuri cereşti (Soarele, Luna, anumite stele) ţinîn~ du-se seama de mişcarea de rotaţie diurnă a Pămîntului şi de deplasarea

253

aeronaveL Cu ajutorul unor aparate se determină direcţia către corpul ceresc obţinîndu-se astfel planul de vizare al acestuia. Planul de vizare reprezintă un plan vertical ce trece prin centrul de masă al aeronavei si prin corpul ceresc vizat. Unghiul dintre proiecţia planului de vizare

pe

N

a Fig. 10.14. Metoda astrol'Ioinlcă'-de m1isurare

a capului:

a. ~ definirea unghiurilor; b ....:.;;.-.schema bloc de calc.Ul. suprafaţa Pămîntului şi

axullongitudinaLal aeronavei se

numeşte

gismen-

tul G "aL astruiuL Mărimea gismentului G se măsoară cu ajutorul unor

sisteme de urmărire automată fotosensibile. Pentru determinarea capului adevărat al aeronavei este necesar să se cunoască azimutul corpului ceresc A, care ~e_pt~zi~t~ tlnghiul diedrl1 _-forrl1at de planul _de vizare cu planul_ meridiariv!:t!t~lQţ"!IJ\1if~Jv~·"::';fţg;' --_-lţfi4; ~a};:aştfeJ;-::,Se pqate _scrie~- < ·<· · ·· --- .:-·:_:_- · : :- ;_ -_ - ·•__ -. -_ • ··

-

<

i·~

_1 -~.

--~-

.o-~

-_ ""_-'--

~_--·

--~ ~-

-·-~·-

~ ~- -~·:

CA=A-'-G.

-~-':

~-jJ.-2·-:.~-: ,~- ~~:(:

~,_ ::--ţr:~-:-,: ţ=t-r> ·-~~-~-~-:~.-~~-te·;

{10.21)

- Mărimea azimutului A depinde de coordonatele locului astrului, adică de declihaţia 8, de unghiul orar Greenwich te şi de coordonatele geografice (A. şi c:p) ale aeronavei. Aşadar pentru determinarea azimutului A este ~necesar să se introducă într..;.un bloc de calcul (fig. 10;14, b) _mărimile cp, ).., ~- şi te. Mărimea obţinută la ieşirea calculatorului este azimutul A, care se însumează algebric "confbtn:I relaţi~i (10.21) cu gisnientul (dat de transmiţătorul TG), obţinîndu-se în final capul adevărat. Pentru determinarea poziţiei corpurilor cereşti cel mai frecvent se. utilizează sistemul: de coordonate orţzgntal şi sistemul de coordonate ecuatorial. în cazul sistemului de a:x:e orizontal poziţia aştrilor -·pe sfera ·cerească se determină în raport cu orizontul adevărat şi meridianul ceresc, cu ajutorul a două coordonate: azimutul A şi înălţimea h {fig. 10.15). Uneori, în locul înăl ţimii h se foloseŞte distanţa zenitală hv dată de relaţia evidentă hp=90°---'h. În cazul sistemului ecuatorial de coordonate, poziţia astrului pe sfera cerească se determină în raport cu ecuatorul ceresc şi meridianul ceresc 254

cu ajutorul unghiului orar Greertwich te_ şi a declinaţiei 8 (fig. 10.16). Uneori în locul declinaţiei 8 se foloseşte distanţa polară p=90°__;8. Unghiul SG format de meridia11_ul· ceresc cu punctul echinoxului de primă vară se numeşte -unghi orar sideral Se sau timp sideral. Între mărimile

Fig. 10.15. Sistemul orizontal de axe.

Fig. 10.16. Sistemul ecuatorial de axe.

ce definesc poziţia corpurilor cereşti în cele două sisteme de coordonate există relaţiile:

sin 8 - sirt cp sin 1[-__; cos

J (10.22)

observaţie.

În funcţie de metoda de vizare a corpurilor cereşti şi- de sistemul de coordonate utilizat se deosebesc compasuri astronomice orizontale şi compasuri astronomice ecuatoriale. Elementele sensibile ale_ astrocompasurilor care detectează informaţiile de la corpurile cereşti funcţionează de regulă în spectrul vizibil- (uneori în zona infraroşului) al radiaţiilor. Ele intră în componenţa capetelor de vizare ale astrocornpasurilor. De regulă un cap de vizare conţine două fotoelemente cu seleniu, montate într-o schemă .de măsurare- diferenţială ·constituite-într,...un sistem urmăritor fotosensibil EFS (v. fig. 10.17). Semnalele obţinute de la fotoelemente se convertesc în semnale de c.:a. care, după -amplificare, se aplică la motorul electric iVI. Acesta are rolul de a acţiona _capul de vizare astfel încît axa

255

Iui optică să fie orientată către astrul vizat. Concomitent se obţine şi gismentul G. Calculatorul azimutului în cazul astrocompasurilor orizontale este un· dispozitiv special numit sferant, iar îh cazul astrocompasurilor ecuatoriale - un dispozitiv de calcul de tip analogic . .A;strocompasurilor au în componenţa lor de regulă următoarele elemente: capul de vizare, calculatorul, transmiţătorul coordonatelor aparatu.r-·-·-.--! lui de zbor şi al coordonatelor locului corpului ceresc şi indicato1 EFJ rul de cap. '---;;;,_.li a. Astrocompasul orizontal. În cazul astrocompasurilor orizontale Fig. HU 7 Schema de principiu a sistemu- planul de vizare coincide cu plalui urmăritor fotosensibiL nul vertical al corpului ceresc. Pentru determinarea capului adevărat CA, al aeronavei se măsoară gismentul G al corpului ceresc şi se calculează azimutul A. Compensarea rotirii planului de observare în cazul astrocompasurilor orizontale se face numai în jurul axei verticale. Pentru calculul azimutului A se utilizează relaţiile (10.22) din care se obţine:

tg A =

cos 8 cost sin q> cos 8 cost-cos cp sin 8

.

(10.23)

Dacă în locul unghiului orar t se introduce expresia t=tc+ '/.., re-

zultă:

tg A= ____c_o_s_(t__G+_A.;_)_ __

(10.24)

sin q> cos (tG+A.)-cos cp tg 8

de unde se vede că pentru determinarea azimutului A este necesar să se introdUCă COOrdonateJe fP,: A1 .8 CŞţLtq~ fig. 1Q_J8 .~Şţe_ p~ezentată SChema

l-9

t Fig. 10.18~ Schema funcţională a unui campas astronomic orizontal: M -

motor electric; AE -

amplificator ·electronic; CA -

indicato•rul capului

adevăra.t.

funcţională a unui astrocompas orizontal [96] în care se reflectă principiile de realizare a acestor aparate menţionate anterior. Avînd în vedere că aparatul funcţionează la bordul aeronavelor, sînt necesare semnale corectoare a erorilor produse de unghiurile de ruliu y şi de înălţimea h a

256

astrului. In acest scop, în componenţa aparatului intră şi un pendul [23, 33, 155]. De menţionat că erorile astrocompasurilor în condiţii normale de funcţionare nu depăşesc +2°. b. Astrocompasul ecuatorial. De data aceasta planul de vizare coincide cu cercul declinaţiei 8 a corpului ceresc, astfel că dispozitivul de vizare se suprapune cu modelatorul 3 spaţial al unghiului paralactic. Capul de .vizare este fixat pe axa orară 2 {fig. 10.19) care modelează Rxa lumii, astfel că planul de vizare 4 cuprinde 2 această axă. Axa orară '2 este înclinată· cu unghiul cp (latitu5 dinea locului) în raport cu planul cercu! ui azim u tal 6. Planul unghiurilor orare 5 este per~ pendicular pe axa orară. Linia 1 care trece prin punctul de intersectie al cercurilor orar si azimutal coincide cu directi'a vest-est (V-E). Pentru mod'elarea triunghiului paralactic este necesar să se încline axa orară cu unghiul cp, să se rotească planul de vizare în jurul axei orare cu unghiul orar ţ Şi să se rotească capul de vizare 7 cu viteza unghiulară Q în ju- Fig. 10.19. Calculul capurilor în astrocomparul axei verticale. La coincisurile ecuatoriale: 1 planul vertical; 2 - aooa ·lumii; 3 - corpul denţa. planului· d.e Vl. zare 4 cu oeresc; 4 - planul de viza.re; 5 - cercul unghiucorpul ceresc 3, pe cercul azi- rilor ocare; 6 - cer~~ar:~utal; 7 - cap de mutal se citeşte capul adevărat CA al aeronavei în raport cu ~inia NS. Viteza Q include viteza de rotaţie a Pămîntului Qp, viteza de rotaţie Qv datorită deplasării aeronavei cu viteza V şi viteza de rotaţie a aeronavei în jurul centrului de masă Qa. Deci suma lor vectorială este Q=QP+ Qv+ Qa. Compensarea rotirii planului de vizare în cazul astrocornpasului ecuatorial se face după toate cele trei axe. În fig. 10.20 se prezintă, pentru exemplificare, schema funcţională a unui compas ecuatorial [155]. Sistemul de urmărire fotosensibil cuprinde capul de vizare, amplificatorul şi motorul de prelucrare a informaţiei MeA· Funcţionarea acestui sistem nu depinde numai de semnalele de la intrare, ci şi de metoda de prelucrare a semnalului de disc-ordanţă il=A--CA~G. Dar prin modul cum este calculat L1 nu Se reflectă .complet ·dependenţa lui de parametri cp, ').., şi te. Pentru â se. reflecta mai bine această, dependenţă, în schemă se prevede un element suplimentar a cărui funcţie de transfer este q=q (cp, 'A, te). 17- Aparate de bord

257

La intrarea ·sistemului de urmărire se aplică gismentul G de măsurat,

azimuttţl A şi capul adevărat CA. Semnalul A se calculează în mecanismul ax:ei lumii, cu ajutorul căruia se construieşte triunghiul paralactiG. Meca..., nismul ax~i lumii se menţine în _plan orizontal cu ajutorul motorului M

Fig. 10.20. Schema funcţională a unui astrocompas ecuatorial: MeA· Mo~ Mt, M cp- motoare electrice de prelucrare a semnalelor~ SR- selsin receptor; ST - selsin transmiţător; I CA· I ')..;It - indicatoare ..

]a intrarea căruia se aplică semnale obţinute de la un pendul cu flotor. Conform schemei din fig. )0.20 se poate scrie relaţia între măriil1ile de . iritrare .şţ de ieşir~: (10.25) unde k este amplificarea. Din (10.25) rezultă: kq . .•

CA=--- (A~G).

(10.26)

kq+s

Dacă valoarea coeficientului de amplificare global kq este. suficient de mare, atunci pentru procese lenfe, cînd se poate considera kq >>cu (10.26) devine: (10.27)

Pentrt.t
258

unghiurilor orare şi rotorul selsinului receptor. Motorul încetează să se rotească atunci cînd rotoarele celor două selsine sînt în concordanţă. Aşa dar în selsinul transmiţător se introduce unghiul orar Greenwich iniţial. Pentru eliminarea influenţei· mişcărilor de tangaj -&, se utilizează un pendul cu flotor, ale cărui semnale sînt prelucrate de către motorul Ma.. Compasul astronomic DAK-B (fig. 10.20) se poate utiliza în emisfera nordică la !atitudini cuprinse între 45 şi 90° şi la declinaţii ale Soarelui cuprinse între ±23,5°. ErorHe aparatului în condiţii nor:ma1e de funcţionare nu depăşesc +.2°. ,.~.~·- --

17•

11.

-NOTIUNI DE TEORIA GIROSCOPULUI

11.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

Aparatele giroscopice utilizate la bordul aeronavelor au devenit, în ultimii ani, tot mai complexe din punct de vedere constructiv. Alături de componentele de mecanică fină, de mare- precizie, în giroscoapele moderne şi-au găsit aplicaţii multiple cele mai noi componente electrotehnice şi electronice. Aceste perfecţionări constructive sînt o consecinţă directă a faptului că s-a lărgit considerabil domeniul de u tilizare al giroscopului la bordul aeronavelor atît ca aparate care furnizează diverse informaţii echipajului, cît şi ca elemente de automatizare ale aparatelor de zbor. Cu toată varietatea componentelor care alcătuiesc un aparat giroscopic, elementul de bază al acestuia rămîne giroscopul. Un solid rigid care are un punct fix O, pentru care viteza V 0 =0 şi acceleraţia a0=0, iar în rest toate punctele au acceleraţia diferită de zero" se numeşte rigid cu punct fix. Mişcarea generală a unui astfel de solid constă într-o succesiune de ·/ rotaţii instantanee ffi (ffix, ffiy, ffiz) în jurul unor axe care trec prin punctul fix O. Fig. ll.l. Giroscopul tehSe numeşte giroscop (în ljmba greacă giros nic. înseamnă rotaţie iar scopein - a observa) un rigid de revoluţie care are un punct fix O situat pe axa de simetrie 00', în jurul căreia i se imprimă o mişcare de rotaţie rapidă (fig. 11.1). Dacă OOr este viteza instantanee de rotaţie, în cazul giro,.. scopului tehnic există proprietatea sin ct <<1, unde ct este unghiul format de ffir cu 00'. De regulă giroscopul este integrat cu motorul electric de acţionare formînd aşa-numitul giromotor. Există giromotoare de c.c. şi 1

260

giromotoare de c.a. -acestea din urmă fiind mai răspîndite datorită fiabilităţii superioare; Pentru a se obţine un moment de inerţie cît mai mare lc:i acelaşi gabarit al aparatului, giromotorul este un motor electric de construcţie inversată: rotorul este exterior statorului (fig. 11.2). In unele aplicaţii, giroscopul este pus în mişcare de. rotaţie cu ajutorul unui motor pneumatic. Suspensia giroscopului într-un punct fix O se obţine cu aju-

c.a.

Fig. 11.2. Giromotor de cu două motoare electrice: 1 - · suport; 2 -'- compensator cu bimetal; 3 - ax; 4 - f1anşă; s - echilibror; 6 ...... rulment; 7 - rotor; 8, . 11 - girocameră; 9 - .inel de aluminiu; 10 --:- bo~ bină statoti că; 12 plallŞ'a statorului; 13 a!IIC; 14 ......, ~/inel .de ·. • strîngere; 15 - piuliţă; 16 - oont'raptuliţă; 17 ~ suport rulment; 18 .....,. ~upo~; 19 -- comutator pend~ cu liJchtd; 20 - în.făşu;r~rea rotorului; ·

torul: a două inele articulat~. Ele formează aşa-numita suspensie cardanică exterioară (fig. 11.3) şi asigură două grade de libertate de rotaţie. Uneori se realizează giroscoape speciale (fig. 11.4, a) pentru care se pretează mai bine suspensia .cardanică interioară (fig. 11.4, b) numită şarnieră cardanică sau articulaţie Hooke. Dacă centrul de masă al giroseopului coincide cu. purictul· de suspensie el se numeşte giroscop perfect centrat sau astatic. Un giroscop perfect centrat asupra căruia nu acţionează momente exterioare se numeşte giroscop liber. Un giroscop al cărui centru de masă nu coincide cu punctul de suspensie se numeşte giroscop greu. Dacă unul din cele două inele de suspensie este blocat se obţine aşa-numitul giroscop cu un grad de libertate care are multiple aplicaţii în aparatele de bord (v. cap. 12). 261

Fig. 11.3. Suspensia giroscopului într-un punct fix cu articulaţie cardanită exterioară: LP _,.. 1agăre principale; LS -

lor de suspensie: 1 -

fi

interior,

l.a·gărele ineleşi. E e:x:teoc-ior.

Fiti, ·. 1'1'.4. Giroscop • cu suspensie Hooke ·· (interioară) : a .....:: 'j~,(>nstţucţia girosco:pului; b _.. schema cinema-t~că; 1 -.disc; 2 - ip.elinterior; 3 - vo,1llnţ.~; 4 '"::7" ba're .. de torsLur:~e; 5 -:- al"Inătură ~.~ţl,C:ă; 6 traductoai'e i.nductive; 7 - motoa:r~··:~iO:uplu .(de pre~~i·e); 8 - arbore·le de ant
Prezenţa inelelor de suspensie are o serie de implicaţii asupra funcţionării aparatelor giroscopice. Datorită lor se produc erorile cardanice care se analizează concret pentru fiecare tip de aparat giroscopic.

În afară de giroscop, giromotor şi)nele de suspensie, aparatele giroscopice conţin multe alte ·componente cum ar fi: lagărele de suspensie, motoare de corecţie, elemente sensibile, traductoare de diferite categorii, selsine, sisteme·· de urmăr:ire şi chiar .b.locuri de calcul. Rolul acestora va fi anaJizat diferenţiat la fiecare tip de aparat în parte .. O atenţie deosebită se acordă influenţeî frecări1or în lagăre .asupra preciziei aparatelor giroscopice~· De regulă se· utilizează lagăre .de rulare speciale. Lagărele principale, adică acelea care asigură rotaţia în jurul a.xei 3, trebuie să reziste la turaţiile foarte mari ale mişcării proprii de rotaţie {12 000 ... 30 000 rot/min). Spre deosebire de acestea, lagărele· inelelor de suspensie lucrează la viteze foarte mici de rotaţie. Lor li se impune condiţia de a avea momente de frecare foarte mici şi jocur.i axiale şi radiale extrem de reduse.

11.2.

RELAŢIILEPRINCIPALE

ALE

MIŞOARII

SOLIDULUI

CU PUNCT FIX ' . ·tnainte de a prezenta teoria aparatelor. giroscopice de aviaţie se vor enunta unele relatii si teoreme din cursul de Mecanică· teoretică care se referă la mişcare~ so'~idull!i cu i:ninGt~~ix (fig> iL5) [108, 151, 15·2, 153]. a. Viteza V· a oricărui. punct al unui asemenea corp se determină cu relaţia:

(11.1)

v

unde i;;- este viteza instantanee de rotaţie, iar p raza vectoare a punctului considerat în raport cu punctul fix O. JJe ·menţionat că_;. este un vector ·alunecător ce trece prin pun9tyl O. · b. Momentul ·unui: vector alunecă tor A în raport cu punctul· O reprezintă vectorul:

o

(11.2)

unde p este un vector de poziţie care uneşte punctul O cu punctul de aplicaţie al . vectorului A ·(fig. 11.6).· Este evident că fn locul vectorului· p se poate lua oric-are _alt vector p' ~are uneşte pe O ·cu §Uportul vectorului A. Intrucît p sin (p, A)=p' sin (p', A)==d rezultă că pX A ==p'XA. ·

Fig. 11.5 . Mişcarea solidului cu punct fix.

c. 'Impulsul unui punct material de masă m .şi de viteză V (numit şi cantitate de mişcare) este vectorul: .H=m:V.

{11.3) 263

In cazul unui sistem de puncte materiale Ai (i=1,2, ... , n) impulsul total al sistemului ,este: n

n

(11.4)

H=L:Hi=L:mVi. i=l

i=l

d. Momentul cinetic sau momentul canti-

tăţii de mişcare în raport cu un punct

fix O al unui punct material de masă m, de rază. vectoare r si de viteză V este momentul vectorului H î~ raport cu acel punct adică- vecto.,.. rul: (11.5)

Momentul cirietic al unui sistem de puncte materiale de masă m; în- raport cu punctul O este suma vectorială:

1

n

,

n·

K=[:-Kt~•ErtXmVi.

Fig. 11.-6. Momentul unui vector alunecător.

i=l

-

i~l

In cazul unui corp continuu care ocupă un domeniu Q, momentul cinetic, în raport cu O este dat de integrala:

care se

calculează

pe întreg domeniul Q.

e. Calculul momentului cinetic in jurur unei. axe mobile Il ce trece rinţă Oxyz se face avînd în vedere =n+y]+zk; w-~(l):f+,(J)J+6>zk, iar

pentru un corP rigid ce se roteşte prin originea o. a. sistemului de referelaţiile (11.1) şi ~11.6), în care Ti= V VJ+ Vy}+VJ. Se obţine:

Kx= ~\~ [ (J)x(Y 2+Z2 )-6>yXy.:_{J)zXZ)]dm; n Ky= ~~~ [(J)y(z2 n

+x )-(J)z yz-(J)x yx]dm; 2

Kz..:_ ss~ [{J)z(X 2 ~Y 2 )-(J)x ZX-roy zy]dm, n

sau Kx _ J x" <»x~Jxy (i)y-Jxz (!)-~;} Ky-Jy (J)y-Jyz {J}z-Jxy ~' Kz=J z {J)z-Jzx ~-Jzx OOy•

264

in care s..:au introdus momentele de inerţie axiale Jx, Jy, Jz şi momentele de inerţie centrifugale Jxy, Jyz, Jzx:

Jx=S~~ (Y 2 +z2)dm; Jy= ~~~ (z 2 +x2)dm; ~~~ xy dm;

Jxy=

Jz=

~~~ (x2 +y2)dm;

~)) xz dm etc.

Jxz=

(11.9)

Dacă sistemul de referinţă Oxyz la care este raportat corpul are axele astfel încît sînt axeprincipale de inerţie atunci: Jxy=Jyz=J:wc=O;

-

-

........

-

.....

-

(11.10)

K=Jx·(t)x i+Jy(J)yj+Jzwzk=Kxi+Kyj+Kzk.

f. Teorema momentului cinetic arată modul în care variază momentul cin~tic al unui sistem de, puncte materiale sub acţiunea unor forţe exterioare. In acest'scop se deriv~ază expresia (11.6) la care apoi se aplică ecuaţia fundamentală a dinamicii. Rezultă:

K= Er.tXmiVi+ L ;.

riXmVi=

i =

L _TiXF~i> +L riXF~e> = 1

i

L~XP~e> = i

L.My>. i

(11.11)

Aici s-a avut în vedere că: "

.

....._,,

.~

m Vr:-mJi~i)+ mF~e>; Ti-Vi,· unde· F~i) şi F~e) sînt forţele interioare, respectiv exterioare ce acţionează asupra punctului material i. De asemenea suma momentelor tuturor for-' ţelor interioare sistemului este nulă adică: rixP<.f>=O; iar momentul

.L>

rezultant al forţelor exterioare efectiv aplicate) s-a notat cu ~=riXF~e> =M. In consecinţă (11.11) se scrise sub forma: i

• K=

dK

-

· ·

-·-=M(e)

dt

.

,

2: M%e>

=

(11.12)

expresie cunoscută sub numele de teorema momentului cinetic. Dacă vectorul K se roteşte cu viteza unghiulară ru faţă. de triedul fix: Ox1 y 1z1, derivata absolută (11.12) se calculează cu formula: (11.13) Teorema· momentului cinetic arată că deriva ta în raport cu timpul a momentului cinetic al unui sistem de puncte materiale este egală cu suma momentelor tuturor forţelor exterioare ce acţionează asupra sistemului. g. Teorema momentului 9inetic se pretează la o interpretare geometrică remarcabilă. Se consideră un segrnent OB K. Viteza V B a punctului B este chiar derivata K. Deci: (11.14)

265

care.·exprimă următoarea proprietate: viteza de deplasare a unuia din capetele vectorului K, presupunînd celălalt capăt fix, este egală cu· vectorul moment rezultant M(e) al forţelor exterioare (fig. 11. 7). În unele lucrări această formulare se numeşte teorema lui Resal. _ . h. Folosind în (11.14) definiţia (11.1) a vitezei şi avînd în vedere· notaţiile din fig. 11.5 se poate scrie (luind p==K): 6i~K=M(e>=M (11.15)

~..=M

o

relaţie care reprezintă ecuaţia precesiei. Mişcarea descrisă de (11.15) se nu. meşte precesia giroscapului. Din fig. 11.7 se observă că vectorii M, 6.i şi K formează un triedru rec-

tangular drept. Se poate formula urmă toarea regulă a precesiei: sub acţiunea M unui m:0ment exterior giroscopul se. ro..:. Fig. 11.7. Interpretarea geometrică teste astfel încît vectorul K să se sua teoremei momentului cinetic. pr~pună peste vectorul M pe drumul cel- mai scurt. i. Relaţia (11.15) se poate-serie şub.forma M-Mg=O, în care (11.16) Mg=~6ixR =KX (;} reprezintă momentul giroscopic care, prin natura sa, este un moment al forţelor de inerţie. Relaţia (11.16) are o interpretare fizică imediată ce şi-a găsit utilizarea în unele aparate giroscopice. Dacă un corp solid de moment cinetic K este rotit cu viteza ~nghiulară el reacţionează cu un cuplu Mg dat în mărime ;;Şi -seps de· (ll:lf?}i ·care ;;~ilde să roţească asţfel corpul încît vec_ţq~l.ll Ksă· şe·suprapună_·'pt
ro,

11.3. DINAMICA SOLIDULUI CU PUNCT FIX ~1.3.1. Ecuaţiile

lui Euler

Dacă în .te.or·ema momentului cinetic scrisă sub fortna (11.13) se sub.. Etituie vectorii K, _(;}·.·.şi M prin componentele-lor raportate la sistemul de coordonate mobil Oxyz rezultă:

Jx~x+(Jz-Jy)WyWz-.Mx;l

J yWy + {Jx-Jz)WzWx=My;

.

J zWz + {J y-Jx)W:CWy=Mz

266

(11.17)

Aceste ecuaţii care descriu mişcarea solidului .cu· punct fix se numesc ecuaţiile lui Eule-r. Împreună cu expresiile unghiurilor lui Euler cp, {} şi tV formează un sistem de . şase _ecuaţii diferenţiale de ordinul unu care nu poate fi integrat decît în cît~va caz11ri particulare.

1L3.2. Ecuatiile lui Euler modificate ,_

>

"._ ·: • • ' ' ,

_-

•

'

'

ln cazul suspensiei cardanice a giroscopului este indicat să se utilizeze, înlocui triedrului mobil Oxyz legat.~e roţo:r,' .ttiedrlll )ui Resal Ox3 y 3z3 caracterizat prin faptul că nu parţţ~ip~ l
în

ju~til a'Xei 0±1, ial- mărimea ·~ este viteza de ~otaţie 'în jurul axei

Oy 3

dit.Ctriedrul OXaYaZi care este legat de inelul interior al suspensiei carda._ riice>Ecuaţiile giroscopului stabilite în· raport cu triedrul Resal se·numesc ecuaţiile lui Eule-r modificate. Din fig. 11.8 viteza de rotaţie a triedrului Resal faţă dl!triedrul• fix esfe ·expresia:· 6i=cx cos ~a+'~Ja+~ sin ~ia. (11.18)

Momentul cinetic al giroscopului considerat se exprimă· prin. co1nponentele sale sub forma::'i · : ,_,, ·

C(

~~~~~--~--7-~

K-~~ 'Jiâ~ cosj31j +Jua~h+ +J~3(Q+d sin ~)~3 , (11.19)

Fig. 11.8. Triedrul

~esal.

·

in care- se consideră Jx 3 =Jy3 -J deoarece sînt mome~te de inerţie ecuato ... riale ale unui corp de revoluţie. Cuplul M din teorema momentului critic cinetic se exprimă prin corn.. ponentele sale: (11.20)

267:

l

Introducînd expresiile (11.18) ... _(11.20) în teorema momentului cinetic (11.13) şi ef~ctuînd ·calculele se obţine:

J;;_ cosf-2J~~ sin ~+Jz(Sl+a..sin ~)~=Mxa;

J~+J~~in ~cos ~J:7:~+~ sin~)~ cos ~=My3;

(11.20)

Jz3(Q+ oc~ cos~+;; sin ~)=Mz 3 care reprezintă ecuaţiile lui Euler modificate.

11.3.3. Ecuaţiile luiEuler modificate în cazul deviaţiilor mici In aplicaţiile tehnice ale giroscopului se admit deviaţii -a. şi· -~ m~ci, fapt pentru care se consideră sin f3t~~, cos ~~1, sin a.rva., cosot~l. Pe de ·altă 2arte Q>>~, ~ adlcă viteza proprie de rotaţie este cu cîteva ordine de mărime superioară· vitezelor -~-- .şi ~. De aceea primele două ecuaţii ale sistemului de ecuaţii (11.20) devin:

J~ + JzQ~==Mx3;

(11.21)

J~~JzQ~=My3• Cea _de a ţ~eia· ..~cuaţţ~:.a~şiste.mului (11.20) -~~şcrie mişcarea giroscopuiui4nraport c'(l axâ1p:r6prie de rotaţie·-z 3 , după'6areîn·reg1m stabilizat se poate luci" Mz3 _ - O adică Q=const, ceea ce se asigură prin acţionarea rotoruluigiroseopic cu ajutorul unor motoare ad~cvate.

Observaţi_e. Ecuaţiile (11.20) s-au stabilit neglijînd prezenţa inelelor de suspensie. ,S...:au avut în vedere numai momentele de inerţie ale rotorului: cel ecuatorial Jxa. · Jy 3 ~J şi cel polar Jz 3=Jp. Sistemul de ecuaţii (11.21) reprezintă ecuaţiile simplificate ale giroscopului rapid în cazul deviaţiilor mici. El permite să se calculeze funcţiile ci (t) şi ~ (t) fiirl'd date cuplurile M'X3 şi My 3 adică· permite să se studieze mişcarea giroscopului. Pentru a vedea caracterul mişcării descrise de ecuaţiile (11.21) se c;onsideră cazul particular My 3=_My=const şi Mxa==O. Ecuaţiile {11..21) vor avea forma: · (11.22)

2 Cl

r

+ ~- (;:~;2

r [(~~;2,r. =

(11.26)

In

cohchizie, traiectoria de vîrful axei Oza pe, planul- O
~max

2. 2 ·10-.4. 2 ·flo_-a ·- (0.4)2 '•~' ~..,. •>

r-=5.·10-6 ·. , . rad=l,03'~, 1

269

deci de numai o- s:ecuildă de arc, ceea ce. extrem de mică. Frecvenţa oscilaţiilor de llutaţie este:

reprezintă

o ·valoare evident,

~= Jp!l =,!; ·10 3 [Hz].

f

21t

21tJ

1t

-

Aceste rezultate permit să· se neglijeze mişcarea de _nutaţie, deşi ea dar. cu valorile menţionate. •Mişaarea de precesie peste ca~e se s11prapur1e o mişcare de ~nutaţie cu car~cte~ oscilat9r~ de foarte mică amplitudin-e şi de frecvenţă ridicată se numeşte precesie ·pseudoregulată. lntru~ Cît'm;.iŞcarea'de nutaţie ·a fost generată de-termenii. ce .conţin de.rivate de ordinul d_oi din ecu-aţiile simplificate .(11.22) ale-giroscopului şi avînd în Vedere că ea poate fi neglijată datorită amplitudinii extrem de miei, în ccntinuare se va renunţa la acei termeni şi se va studia mişcarea giroscopului cu sistemul de ecuaţii: · există,

-

JpQ~=MX3;

·} . numite ecuaţ~J;le de preces,ie- ale giroscq:pului său ..ecţw,ţiite tehnîce ale gir oscopului. ·-

11.3.4.

Ecuaţiile

JPQ~=My3,

giroscopului cu suspensie cardanică

Concluziile la care s-a ajuns pînă aici se. bazează pe neglijarea siste"7 a prezenţei inel~lor de suspensie. ln cele ce urmează se .ţlrată "ce influenţă au momentele de inerţie ale inele~or d~ s~spensie asupra caracterului tnişsării giroscopului şi·în- ce măsură. r;oncl11~!ilţ :.~I!t~r~qare- privin,d precesia şţ~ăutaţiâ_-î:şt-menţin •valabilitatea .. -In.:ţt~st· sc-oiY'"Se apli~ ţiforenrf! momentului cinetic în raport cu sistemul de axe notat cu,),' 2, 3 legat de inelul exterjor de suspensie (sistemul Ox1y 3za din fig -11.8) care se roteşt~ ·-" faţă de un reper fix cu viteza cx (fig. lLTO). :se consideră următoarei~ ipoteze simplificatoare: a) momentul de frecare ·înclagărele de suspen8-re este neglijabil; b) axele rotorului şi inelelor de :suspensie se in · în acelaşi punct; c) giroscopul este perfect rigid; d) axele 1, 2 şi 3 sînt prineip~le de ineJ;:ţie;, Se introduc următoarele notaţii pentru momen de inerţie principale ale cCelor trei. corpuri rigide· care· formează nodul giroscopic în raport cu axele 1, 2 şi respectiv 3: matică

.

.~

pentr.:ti ~-e:tor:

An, BR, CR;

.:.:..:.>pentru ineluî'interior: A1 , B 1, C1 ; -:- pentru inelul exterior: AE, BE, CE. Poziţia în spaţiu a celor trei corpuri este determinată ·de unghi
inelului interior

270

şi

respectiv a rotorului în jurulj axelor 1, 2

şi

a· respectiv 3.

Cele trei rotaţii succesive din fig. 11.11 se pot exprima convenţional sub forma: · (1,2, 3)={el):::;.(1*, 2*, 3*)=(~,:::;.(r, 2°, 3°)=(
c

3'

Fig. 11.10. Giroscopul cu suspensie cardanică.

Fig.

11~11.

Unghiurile cardanice.

rotor; I - inel de suspensie interior; E - inel de suspensie exterior.

R -

Transformările

de coordonate se: pot exprima cu ajutorul relaţiilor

rnatriciale:

o cos el sin el

o 1 o~.

.

:[cos
~sin·<:p

;,;:3_ ~~±;"(aTi ;~in-

.

o]

~· .

·

Eliminînd mărimile intermediare din relaţiile precedente rezultă: 1

(j)

o

a

(j)*

a

a

(j)

Xi=Uli Xz =Ukl ali Xk =Uj~,Ukl Uz iXt=Ui;X;.

unde

Uji

·r'.

este matricea de transformare care are în final forma:

cos~ cos

sin~

-cos.~ sin

-sin cx .cos ~ cos el cos~

].· ·

(11.28)

271

1

Dacă se notează cu <.tl~, 6>~, 6>~ componentele vitezelor după axele mobile 1', 2', 3' şi cu <.tl17 1<.tl 2, <.tl 3 componentele vitezelor după triedrul 1, 2, 3 se scrie; (1)~ =d. cos{?> cos

fix

şi asemănător

..

w1=cx+
sin~;

. w =~cp cos 2

1

{?>

sin_ cx

w3-cp cos{?> cos cx

-t: . cos cx;

+

{?>

{?>

l

. .

(11.30)

sin cx.

ln consecinţă proiecţiile vectorilor 6>~, 6>f şi cu~ (ce reprezintă vitezele unghiulare ale rotorului, inelului interior şi respectiv exterior) pe axele legate de aceste corpuri, dacă se ţine seama de (11.29) rezultă sub forma:

cuf -~cos~ cos q> + ~sin cp; cuf =-d cos {?> sin
:-; cu;-~cx sin ~; w ~=O;

t(J)f .

O.

Pentru a aplica. teorema momentulqi>cinetic dŞ4dt=Mi este necesar să se exprime Re în funcţie de componentele sale dat_~ de cele trei corpuri rigide:

Ki=Kf+ Kf+ K~ (i-1, 2, 3).

Ţinînd seama ile notaţiile (11.27) şi de expresiile (11.31) se obţin următoarele matrici:

-matricea momentului cinetic al inelului exterior de suspensie:

Kf=

AE; ] [

g ;

!llatricea momentului cinetic al inelului interior de S\lspensie: :1

'

lt&Wiit----~

l

- matricea momentului cinetic al rotorului raportat la axele legate de inelul exterior de suspensie: K iR

=

[

AR~ cos2 11 + CR (A)~ sin 11 •

AR [3.

(11.34)

!

---AR ~ sin ~ cos .{1

+

CR (A)~ cos {1

Prezintă si de data aceasta interes numai ecuatiile scrise în raport cu axele 1. şi'2. Trebuie menţionat că după axa 3'. în regim stabilizat M 3 =0 şi deci: d

-

dt

.

d

(CR (A)D = -

dt

·.

•

[CR(
+ ot sin {1)] =0, o

momentul cinetic K 3 ' în raport cu axa proprie de rotaţie . Ecuaţiile de _mişcare după· axele 1 şi 2 se obţin din teorema momentului cinetic ·sub forma: ceea ce

arată că

(CR (A)~) este· constant.

(11.35) aK2

-

at

. ·

+!oosKc-(A)tKs=M2,

de unde· dacă se substituie ~omponentele

!~> 2 ,

•(i) 3,

K 1, K 2 , K 3 rezultă:

B~+(AR+A1-C1)sin {1 cos {1~ 2 -K cos {1~=M2 , 1

(11.36)

unde A=AE+A +AR; B=B +BR. Presupunînd şi de această -dată că.~, @<< ~- se _pot -neglija termenii ce contf)2-;ţn~fl!J1J}ţ_ ~ ~--_şau :_~rk~tfe1 că din {il-.36) se poat~ scrie în cazul cînd unghiurile' cardanice sînt mici: 1

(11.37)

. B~~K~~M2 , care sînt asemănătoare cu (11.21). Dacă se consideră aproximativ că A(~)~const sistemul de ecuaţii (11.37) admite aceleaşi soluţii ca şi .sistemul (11.21). Deci şi de data aceasta va rezulta o mişcare de. nutaţie de foarte mică amplitudine şi de frecvenţă mare, cu observaţia că A=A({1) şi B>J. Din acest motiv se pot ·aplica ecuaţiile de precesie (11.27) şi în cazul aparatelor giroscopice prevăzute cu inele de suspensie, influenţa momentelor de inerţie ale acestora modificînd parametrii nutaţiei. 18 --,. Aparate de bord

27&

11.3.5.

Consecinţele variaţiei

Vitezei proprii

de rotaţie ·ln general se consideră că viteza proprie de rotaţie a giroscoapelor este constantă. Totuşi există etape de funcţionare· .;._ cum ar fi pornirea (lansarea) şi oprirea giroscopului - cînd viteza proprie este variabilă. Pentru a stabili care sînt implicaţiile variaţiei lui (t)~ , se consideră giroscopul în suspensie cardanică prezentat în fig. 11.12. Axa proprie de rotaţie 3' este. rotită' cu unghiul ~ faţă· de axa· 3. Ecuaţia de momente după axa. 3' se scrie sub forma: (11.37)

unde M este cuplul de acţionare dezvoltat de motorul de antrenare a giroscopului, iar Mr este cuplul de frecare în lagăre şi în raport cu mediul ambiant. Din ~elaţiile (11.29) se vede că w 3 ~=~+~ sin~- în general M= =M(~Jşi Mr Mr(cf). Caracterul funcţiei M(~) depinde d~ tipul motorului de acţionare, iar pentru cuplul rezistent se poate accepta o expresie de forma [92]: Mr(cP)=Mr(Q)=ao+b Q2 • J'

(11.38)

In timpul· accelerării, deci a pornirii giromotorului, M> Mr şi deci O ..Dimpotrivă, la oprire, M=O 2 şi deci Ws'
(t)

adică viteza proprie de rotaţie poate

fi o functie crescătoare sau descres.:.. cătoare de ·timp. Evident ·şi· Ka' = Fig. 1L12 Producerea colapsului giroscopic. =:'CRwa' (t)=Ka' (t) adică şi momentul cinetic este tot o funcţie de timp. Giroscopul fiind rapid, momentul cinetic al inelelor de suspensie poate fi neglijat în raport cu momentul einetic al rotoruluL În această situaţie componentele momentului cinetic după axele 1, 2,. 3 sînt: K 1=K sin~; K 2=0; K 3 -K cos ~Dacă vectorul viteză unghiulară a inelului. exterior este Qi= (~, O, 0), i= · 1, 2. 3, aplicînd~ teorema momentului cinetic (11.13), se obţine: -

Ksin~+ K cos ~-~=M1 ; 1 ~K cos ~-~=M2 J. 274

(11.39)

Dadi giroscopul este astatic din (11.39) rezultă:

şi

frecarea în

lagăre nulă

M1 =M2 =0, iar

~ (K sin ~).~o; «=0, dt

de unde

după

.

integrare se scrie: _

,._;-.

este

.

.

, .h::siru-:@-'K0 ~in ~oi (X--:-.(X<~ :·;:ţf ~. . ·.. • . ·. ,. . .

• '·

(11.40)

.. ·_·-'

Dar întrucît K=K 3' =CR
•

Il.

Sin 1-1=

Ko sin ~o ' CH{;3 ,(t)

(11.41)

.

_la t==O, ~ 0 ;fo0 şi O, adică <.v3' ·creşte, ~ se micşorează. îri consecinţă inelul interior tinde .să revină la poziţia canonică (axele l, 2 şi 3 perpendiculare între ele) cu ~=0. Acest fenomen are loc la pornirea giromoto_rulu_i~ . Dimpo~iyă; la oprirea giromotor.tilui, rotorul îşi încetineşte mişcare·a:~ a:ili~ă ~3' a' se micşo rează, ceea ce înseamnă că ~ creşte, iar giroscopul se îndepărtează faţă de poziţia canonică. . .. După aceste constatări se prezentă fenomenul· cunoscut sub numele de .colaps fJiroscopic~ .Inelul interior de suspensie îndepărtîndu-se de la poziţia:-eanonţg~:- ~J~l)!ţe întT~o . ·poziţie e?f~~mă, nu.şaal'ea în ;·continuare fiind )nţecrzfSă· ile_ dispozltivEfle· de limitare. Aceasta înseamnă· că în cea de-a ·doua· ecuaţie· a· sîstemuhii • {11.39) trebuie să se· considere- :Un l!lOrnent M 2 , ca-re depinde-~e ·forţele dezvoltate de limitatorii m~nţionaţi. In consecinţă:· · care permite

uri!lătoarea

interpretare.

Dacă

(11.42)

unde ~2 ··.este_ unghi.ul· de rotâţi~·:a~Jnelttl.#l ~î~i~d.bt la .caPe~el ,aHnge Hmitatoare.Ie·->i·t,c· :. '· ,~· ·'\' ·c -:\>·-,"·].,~.- :_- '.-.:._ ;.- .·· ' ' . ~f- .. ·•··· ·•. · -~ .. ·..· " ~In~,~~~~~i-iot 'de sus~nsle..:.:(şi o. dată C11 el întreg ·.nodul. giroscopic) capătă o miŞcare de rotâţi.e.· ~ cu atît mai rapidă,. cu cît~ 2 este mai mare (v. re laţi~ liA2). Dacă [3 2 ~ 7t}2, viteza .~ poate avea valori extrem de mati. Micşorar~C:l vitezei proprii _de-rotaţie (1)3'(t) face. să_ crească ~- Deci fenomenW: .este. mai accentuat fu etapa de oprire a giromotorului. Această mişcare reprezintă colapsul gîroscopic şi este 1.1n fenomen. nedorit care poate provoc(i deranjamente în funcţionarea aparatelor giros.copice.. Pentru preveniţea. şi lip:litarea acestui fenomen, aparatele giroscopice . sînt prevăZute' cu'dispozifive care, în gener;.al, interzic' suprapunerea axei proprii· de··rbtaţie ·cu axa inelului exterior de suspensie ·sau chiar şi numai părăsirea__ poziţiei _canonice caracterizată prin ~==O (fig. 11.12) ..

18*

275

12. GIROSCOAPE DE VITEZĂ $1 GIROSCOAPE INTEGRATOARE

12.1. GffiOSCOAPE DE VITEZA

12.1 ~ ~.

Construcţia g~oscoapelo~

de

viteză

Giroscoapele de viteză au o arie largă de utilizări la bordul aeronavelor atît ca aparate indicat()are cît şi ca traductoare de viteză unghiulară pentru sistemele de sta])ilizare Şi de comandă automată. Mărimea de in:.. trare .este viteza de rota,ţie ~- a şeronavei în jurul· uneia din axele sale, iar mărimea de ieşire este unghiul -~-de rotaţie a inelului de suspensie. Aşadar aceste giroscoape măsoară viteza 1;1righiulară ro-, motiv pentru care .ele se numesc giroscoape de viteză av: sau de derivare. Din punct de vedere constructiv aceste aparate sînt de regulă giroscoape cu un singur grad de libertate .de rotaţie :asigurat de un inel de suspensie. RotoruJ este menţinut în mişcare de rotaţie cu viteză Q=const cu ajutorul unui motor electric de c.c. sau de c.a. (în unele cazuri se utilizează- ·llli()tOai1e pneumatiCe). Rotaţia inelului de suspensie în raport cu carcasa aparatului este limitată de către un arc (mecanic sau· electric) şi de către uri ainorr tizor. Pe axul inelului. de suspensie se montează :un mecanism de inâicare sau un traductor pentru obţinerea ·.semnalelor electric_e proporţionale cu mărimea .de intrare (fig. 12.1). Dreapta pe;rpendiculară pe planul inelului de şuspensle se nullieşte axă de intrare sau axă de sensibilitate, iar axa inelului de suspensie se .numeşte axă de ieşire. Se cdnsideră schema cinematică din fi~. 12.1 în care Ox.yz este un triedru legat -de inelul de suspensie, iar O;ţ2y 2 z 2 ~ un tr~edru}egat de aer~navă. Axa. Oz este orientată după axa proprie de rotaţie a giroscopului, de-cţ cJ.upă v.ectort1l K. Dacă vehicult:!l se roteşte cu viteza.· (t)y2 , se produce uri cuplu giroscopic Mg care acţionează ~~pă axa inelului de suspensie în sensul dat de produsul vectori al Mg-.K X i'Jy2 • Tendinţei de ro276

taţie cu unghiul ~·-a inelului i se opune cuplul rezistent M,. dat· de. arcul 1 care este aproximativ proporţional cu ~ adică Mr=k1 {j. La un moment dat, cele două cupluri îşi fac ecl]ilibru astfel că în regim stabilizat se poate scrie: (12.1)

~Axa

de intrare

w

Fig. 12.1 Schema:

cinematică viteză.

Fig. 12.2. Elemente componente ale GV:

a gi-

roscopului de

1 -

arc; 2 -

rotor; 3 -

ţiometru;

5 -

amortizor; 4 cursor.

poten-

Dacţl se RonsiQe~ă {jst II1lc at11nci Qoş ~.n~l. iar k 1 • ·ked~ , unde ke este constanta elastica'a arcului..Prin urmare (12.1) devine:

,{3,n= k

K d2

e 1

(12.2)

(i)Y2'

relaţie

care arată că în regim stabilizat, unghiul de rotaţie ~ este proporcu viteza unghiulară de măsurat. Dacă aparatul este prevăzut cu mecanism de indicare.el se un . ·ttadl,l'Ctbr -:pot~nţlom.etric 4, a~înd unghiul de'bobinare 2{jo, alimentat la capete cu tensiunea U 0, semnalul 'electric cules (la mers în gol) este:· ţional

(12.3)

Sensibilitatea aparatului poate fi de

definită

în raport cu ambele

mărimi

ieşire:

S

Ue e=

(1)!12

. U

=· 2~o ••

K kedÎ

[V/rad/s]t

unde Sg ·este sensibilitatea geometrică, iar S~ -

sensibilitatea electrică. 277

.1

12.1.2. Tooria giroseopului de viteză Fehomenele ce 8e produc la funcţionarea ooui gfroseop de viteză considerat rigid sînt mai complicate. Are loc un regim tranzitoriu datorat acţiunii simultane a mai multor cupluri în jurul axei Ox. Fie(;) viteza unghiulară a vehiculului în. jurul axelor . sale, de componente (l)x 2 , (i)yz, it>Z2. Proiecţiile lui 6l pe triedrul Oxyz legat de inelul de suspensie se pot obţine din relaţia matriceală:

[.:: J ~ c~ l3~ -sin:13 ] ,· [ :: ]·

(12.4)

= [

(i)z

In raport cu axa

O

Sin

o~ acţionează

COS

~

Wzz

cuplurile dateîn continuare.

. ..

a. Cuplul datorat_jorţelor de inerţie provocat =Jx(~--~xz), unde Jx este m~rnentul de inerţie în raport cu Ox. b~ Cuplul datorat amortizorul;uf care la unghiuri mici de poate s-crie sub forma·: · ·

rotaţie

se

(12.6) unde k2 est~ ·constanta de amortizare, iar ka . tizare.

forţă specifică d~ amor-

c. Cuplul rezistent dezvoltat de a~~ ~ste p.atd~ relaţia:

-M~ ) kt~ ·•· keâÎ~· 3

(12.7}

4

~d~ Cuplul

perturbator rezultant M~ >=·MP care ţine seama de forOx etc. Dacă considerat o C():r;Dponentă,utilă a cuplului Mp. ţelede frecare, de descentrarea giroscopului în raport cu axa după_ axa, Oz se .aplică un cuplu ·de comandă Mc el· poate Ji

e. Cuplul giroscopic ce se în vedere viteza (i)Y adică:

rn.mus

exprimă

prin

M~5 >=Mg=-K(i)u=-K((i)y 2

cos

relaţia

(12.1) în care se are

~-(i)z 2

sin ~), (12.8) al cuplului giroscopic în ra-

semnul rezultînd din sensul· de acţiune port cu aX:a Ox. ; Scriind echilibrul acestor cupluri în raport cu axa Ox fundamentală a giroscopului de viteză:

rezultă ecuaţia

(12.9) Aparatul fiind destinat să măsoare pe (i)y 2 , înseamnă că numai primul termen din dreâptâ este util, erestul provocînd apariţia unor erori. 278

12.1.3. GeneraliZarea teoriei giroscopului cu. un gradde libertate 0

Riguros inelul de- Suspensie mi este perfect rigid, ceea ce conduce la necesitatea de .a considera şi rotaţiile provocate de .deformaţia axului în raport cu-· axa' Ox {fig. 12:3). Problema se rezolvă considerînd ecuaţiile giroscopului ·(11.21) în-- raport cu axele Oxşi Oy scrise sub forma: J-s;S(J):x:+&.oy Mx; (12.10) JySroy-K(J)~ _ My. Presupumn{f că 'rotaţia -~ este mîdi~ matricea de transformare (12.4) la sensul de rotaţie din fig~ 12.3 devine:

o o

1 V~·o-~ Cg_~

o

·-.1

R t"'

-~

1

(12.11)

iar :rn.atricile de- rotaţie: ale vehicululni _[(J)]u -şi respectiv ale inelului ~e ,suspensie [(l)]g sînt: 2

trJx ]

[

S~

J

[m]v= ( (J)!/2 ; [w]g=._ .·soc··· .• 00z2

.

. .

o

(12.12) Proiecţiile vitezelor după axele Oxyz legate de inelul de suspensie sînt:

Fig. 12.3. Generalizarea teoriei GV.

[ t]g=~p~J·.[w]v+ [{l) ]g,

de und~\eîe(!t:;~îllll t;~lc;tilele~t:_eztHtă:

>

~=:hlx2+s~; (l}~=kOr/2

(12.13)

+:~(l) + S CX.. Z2

(12.14) (12.15)

Datorită deformaţiei cu unghiul oc, în raport cu axa Oy acţionează .cuplul My=-kec cx., unde kec este rigiditatea inelului de suspensie. După axa Ox de ieşire acţionează cuplul rezultant: Mx ·~k 1 ~-k2 8~:+Mc+Mv, . (12.16\ unde Mc; este cuplul ·de comandă aplicat asupra giroscopului prin interinediul·motoru:lui de cuplu . . Cu acE?-ste precizări_ din {12.10) se ooţine sistemul:

(JxS 2 +k2 s+k 1 )l~+ksoc=_:_J~rox2-K y 2-K~z2'+Mc+Mp;

{

-KS!{j +

(J yS 2

+ kec)a.=Krox2-JyS(J)y2-JyS~(J)z2,

(

. ) 12 17

care, rezolvat în raport cu coordonata de

ieşire

11, conduce

la expresia:

[(JyS2-+kec)(JxS 2+k2s+k1 )+K2s2]{j=-kecKWy2-kecK{j6>z2-[(JyS +kec)Jx+K ]~+(JyS +kec)(Mc+Mv)· 2

2

2

(l .l ) 2 8

Raportul keclJ y este pătratul pulsaţiei oscilaţiilor proprii ale giroscopului în raport cu axa Oy, a cărei valoare este foarte inare în comparaţie cu pulsaţiile de lucru ale aparatului. De aceea se poate considera s2 « kec/ J y, iar expresia (12.18) devine:

[(J~+ ~)s2 +k2s+k1]{j=-Kwy2-

(Jx+

~)srox2 + (12.19)

Ecuaţia giroscopului perfect rigid se poate obţine prin particularizarea expresiei (12.19) în care se consideră rigiditatea kec=oo. Exceptînd semnele unor termeni, se obţine relaţia (12.9). Diferenţa de semne provine de la schimbarea sensului de rotaţie a sist.emului' de axe Oxyz legat de giroscop în fig. 12.3 faţă de fig. 12.2. în (12.19) dacă se iak1 =k2 =D, giroscopul are funcţia de dispozitiv dublu integratdr, iar dacă se ia k 1 =0,. rezultă un giroscop integrator asupra căruia se revine în cele ce urmează.

12.1.4. Erorile giroscopului de

viteză

a. Erorile instrumentale ale ,gi,roscopului de

.

- .~ '

vit:eză.

Se

consideră

în

(12.9) că {J}z2=0 şi {!)z2=0 astfel că r~zulfă: (12.20) La aparatele utilizate în acest scop unghiul 11- nu depăşeşte cîteva grade, aşa încît cos ~~1. Presupunînd Wy2 ~const şi luînd cazul regimului

. ..

stabilizat (~=~~=0) din (12.10) se obţine: (12.21} ceea ce arată că existenţa cuplurilor perturbatoare Mv provoacă erori Â ~ de măsurare. În unele lucrări se defineşte deriva giroscppului de viteză prin relaţia Wd=Mv/K. O altă mărime caracteristică pentru, giroscopul de viteză este pragul de serz,sibilitate care se defineşte în raport cu cuplul de frecare M 1 din lagărele inelului de suspensie. Viteza minimă- pe care o poate măsura un giroscop de_ viteză rezultă din cuplul giroscopic _necesar pentru

280

învingerea lui Mt. Prin urmare se scrie Kromm~Mf adică pragul de sensibilitate este Wmm=MtfK. Foloşirea traductoarelor potenţionietrice face să crească pragul de· insensibilitate. De aceea este mai recomandabil să se utilizeze traductoare de ieşire fără contacte (inductive, capacitive etc.). Dar influenţa principală asupra pragului de sensibilitate o are frecarea 6

Fig. 12.4.

Construcţia

giroscopului de

viteză

cu flotor.

uscată în lagărele inelului de suspensie. Pentru a micşora pe ffimin s-au luat o serie de măsuri constructive pentru reducerea lui M 1 - dintre care se menţionează: a) utilizarea unui sistem de suspensie elastică cu arcuri lamelare sau cu bare de torsiune; b) descărcarea hidl'ostaţică a lr;tgărelor de suspensie, adică realizarea unor giroscoape cu flotor~ în acest caz inelul de suspensie este închîs îritr-un- cilindru ermetic (flotor) iar în carcasa aparatului se găseşte un fluid (fig. 12.4). Dacă forţa hidrostatică de plutire echilibrează greutatea proprie a flotorului, lagărele inelului de suspensie sînt complet descărcate. Aparatul este prevăzut cu sistem dereglare a temperaturii pentru a nu se produce gradienţi termici, deci dilatări inegale ale pieselor componente~ Pe această cale s-au obţinut giroscoape de viteză cu performanţe superioare. 1

b. Erorile dinamice ale giroscoapelor de viteză. Dacă aparatul este folositca traductor în sistemele de comandă automată a aeronavelor, interesează regimul tranzitoriu, respectiv funcţia lui de transfer. Luînd în (12.10) pe Mp=O şi cos ~e:!1 se obţine:

.. .

J:t}1+k 2 {)+-k 1 ~=Kroy2 ,

281

1

de unde cprin împărţire cu J% bleme rezultă:

şi

folosind

notaţiile

consacrate acestor cpro.: (12.22)

Din (12.22) se vede că un giroscop de viteză este un element oscilant de orciinul doi, avînd pulsaţia oscilaţiilor proprii 6lo şi factorul de amortizare E· Dacă se consideră că sistemul are condiţii· iniţiale nule, aplicînd transformarea Laplace în (12.22) se obţine funcţia de transfer a aparatului sub form.a: o

(12.23) Dacă cse aplică la intrare un semnal treaptă unitate adică <»y 2 =1, atunci 6ly2 (s)=1/s, iar transformata Laplace a răspunsului -aparatului devine: -

(12.24) ·Originalul

acestei··funcţii

este-:

1~(t)=.2f_[l- e~l;wot k.d~

\'1~~2

sin (6> 1t+8)],

(12.25)

unde 6> 1 =roo Vl-C, 2 şi 8=arctg CV 1-E 2/0. Anulînd derivata d~/dt se obţin momentele de trecere prin minim şi prin maxim tm,- ale lui ;~·(t) adică tmi=i7t/6lh i=1, 2, . . . Substituind în (12.25) pe tm1 --7t/6> 1 se obţine p~in1,ul maxim.?dică:

.

1

l d'eci

un suprareglaj

;~~k~i[~'+:il'(''V:~'<; Jl· ~'~de valoare:

~ [1d-

'-KdT 2 r.e 1

exp ·(--

(12.26)

Mărimea . ~ ~d reprezintă eroarea dinamică a aparatului condiţionată de factorul de amortizare. Cazurile de rezolvare a acestei ecuatii sînt date în tabelul 1.14; Din soluţia (12.25) pentru- 6ly2 =Fl şi considerî:iid un timp suficient de lung se obţine soluţia de Fegim permanent l1st=Kiwy2 /ked~.

c. ·Răspunsul giToscopului ·de viteza la un semnal de intrare sinusoîdal. Se cere .să se determine amplitudinea şi faza oscilaţiilor forţate ale inelului de suspensie în jursuLaxei Ox dacă viteza unghiulară de intrare are forma Oly2 I(J)!IO sin 6lt,Jn care .6>· poate lua orice valori pozitive. Întru-:cît ecuaţia (12.22) este liniară în raport cu [1, mişcarea forţată căutată este de forma: (12.27) ~(t)-A. sin (rot--:---1!), 282

unde A este amplitudinea, :iar a ~ defazajul oscilaţiilor giroscopului în raport.·~ o8cilaţiile aeronavei. Mărimile A şi ~-·se determină punînd condiţia ca soluţia (12;27) să satisfacă ecuaţia (12.22). Se cobţine: 2~(i}/(l)o

• 2

1-((l)/(l)o)

(12.28)

'

(12.29)

Expresia _(12.28). teprezintă caracteristica fază...fr~venţă, iar A· expresia: (12.29} - ·caracteris- .i\. = ,ţ tica amplitudine---frecvenţă. Se poatepune în evidenţă fenomenul de rezonanţă dacă ffi= =l(U 0 • în acest caz . raportul J... =A/~ depinde· ·:numai de· -~ devenind. A.=0,5/E .. Dacă e-+O, Â--7-oo,. adică· amplitudinea.· A a oscilaţiilor .devine. inadmisibil de mare (fig. 12.5, a).. Aşa se justifică prezenţa amortizorului în .construcţia . tuturor giroscoapelor ·de viteză. Diferenta am-

plitudii{il
reprezintă· eroarea dinamică de fază şi poate lua valori cuprinse între zero şi 180° (fig. 12.5, b) ceea ce se constată analizînd relaţia (12.12). Pentru a evita fenomenul de re~o.q~ţă, fiind dată pulsaţia maximă (J)'M .

iar

a

E

~=O

a

Tt

2

b:

_·.vehi<;!.ţJJll?i,:.•S~ proiect~~ă· Fig~ ·12.5. ~a;f~~e;-J~i;~~v=~~liatug~e-frecven-

astfel :

apat"i:!ţuf.

înCît ..

tt>o-~\8

... 10r@M· De asemenease recoii1andă să se ia ~ cuprins între 0,4 şi 0,8.

d. Erorile datorate rotirii inelului ·de~ suspensie. Se consideră din nou ecuaţia (12.9) în care se presupune că Mp=tO, ~Z2. o, cos ~ ~ 1, sin!~ C:::! ){3

şi că mişcarea a ajuns. la regim stabilizat {~=\~=0). Rezultă: (12.30)

de unde se vede că-componenta <.t}z2 a vitezei w după axa Oz 2 perpendiculară pe axa de. măsurare modifică sensibilitatea aparatului. Sensibili ta-

283

1

tea S' creste sau scade în functie de semnul lui (l)z?. Eroarea datorată acestui fenom~n poate fi corectată ·dacă {l}z2 este constant. Cum însă în general {ijz2 =foconst, rezultă că această eroare nu poate fi corectată; Pentru limitarea ei este necesar să se reducă foarte mult unghiul ·t3 de rotaţie astfel încît influenţa lui (l)Z2 să =fie neglijabilă. Dar acest lucru nu este posibil la aparatele cu citire directă, care contează tocmai pe existenţa lui :(3. O soluţie la această problemă o constituie giroscopul de viteză cu arc electric (fig. 12.6). La rotirea aeronavei cu vi-. teza unghiulară (l)y2 girosco2 _pul închide unul din contactele 2 alimentînd una din înfăsurările de comandă ale motorului 3. Acesta, rotindu-se, deplasează peria pe potenţiometrul 4 iar semnalul cules se aplică la motorul + de cuplu 5 care echilibrează cuplul giroscopic. Curentul ce străbate rezistenţa R este .vroporţional cu viteza unghiulară (l)y 2 • Deci tensiunea 1 U e este proporţională c'u Wyz· Astfel se obţine semnal de· ieşire fără- a fi necesară prac~ Fig. 12.6. Giroscop de viteză cu moment rezis- tic rotire·a inelului de· sus- tent obţinut pe cale electrică: pensie (distanţa dintre con1 - giroscop; 2 - -conmcte fixe; 3 -motor electric; ta_ cte_" poa_. te fi foa_rte mic_ ă). 4 - potenţiometru 5 - motor de c~plu. .

12.1.5.

Construcţia

aparatelor giroscopice de

viteză

Se vor prezenta succint aplicaţiile giroscopului de viteză la bordul aeronavelor atît ca aparate indicatoare cît şi ca traductoare de viteză unghiulară sau ca întrerupătoare giroscopice. a. Indicatorul de viraj şi glisadă. Pentru pilotarea corectă a aeronavelor sînt necesare unele informaţii asupra parametrilor ce caracterizează virajul. --Interesează în primul rînd sensul virajului: spre stînga sau spre dreapta. Mai interesează dacă virajul executat -este corect; derapat sau glisat._ Rezolvarea primei probleme se face cu un giroscop de viteză, iar a celei de a doua - cu un clinometru transversal numit indicator de glisadă. Cînd este vorba de viraj interesează nu viteza Wyz ci viteza de rotaţie a aeronavei în raport cu verticala locului numită viteză unghiulară de viraj, notată cu Wv {fig. 12. 7). S-a considerat cazul unui viraj spre stînga, sensul de zbor fiind precizat de vectorul V. S-a ales varianta de orientare

284

l

\ \

a momentului cinetic. K spre aripa stîngă. Inelul de suspensie are axa paralel eu axul longitudinal. al avionului. În acest context cuplul giroscopic. i!:Te. expresia: "' orientaţă

MR-KX 65v=UvKoov cos {"{---{)),

(12.31)

c:

l.z Fig<)2.7. Schemă pentru calculul cuplului girosco.:. pic la indicatorul de viraj.

în care Uv este versorulaxei longitudinale a avionului:. Daeă Mr=kl'B este cuplul reziste.Fti:2:(fezvoltat de arc şi de3.că se presupune că unghiul IB este mic, în regim stabilizat rezultă:

(1;=

KCiJ". k1

cos y Km"

(12.32)

1--.-sin y

kl După cum se vede din (12.32) unghiul (1 de rotaţie a inelului de suspensie nu depinde numai de OO'v, ci şi de unghiul de ruliu 'Y, adică de înclinarea aeronaveL Din acest motiv aparatul este folosit doar pentru a indica sensul virajiilui nu şi valoarea vitezei .de viraj. ·se poate demonstra că dacă vectorul Kar :fi orientat spre planul drept al aeronavei, s-ar obtine erori mai mari în indicatii. · In ce priveşte indicatorul de glisadă, el este format dintr-un tub din sticlă uşor· curbat 1~ în care se găseşte o bilă grea 2 ce se deplasează liber într..-un lichid cu rol de mnortizor. La partea centrală pe tub există· două reticule 3 între care se· găseşte bila cînd zborul este orizontal sau cînd virajul este corect '{fig. 12.8). Dacă virajul este prea înclinat (fig. 12.8, c), sub acţiunea forţei tangenţiale T bila se deplasează spre interiorul Virajului, indicînd faptul că virajul este glisat. Dimpotrivă, dacă înclinarea · este prea mică (fig. 12.8, a) forţa tangenţială T este. orientată spre dreapta, deplasînd bila·· spre exteriorul virajU.lui. In cazul·. virajului corect (fig. 12.8, b) înclinarea y a avionului eşte 'le astfel că forţa rezultată R (de greutate ·.'11i§ la care se adaugă forţa . de inerţie- m'fiv datorată acceleraţiei centripete iiv' de viraj) acţionează perpendicular pe mijlocul tubului

285

şi

deci bila rămîne între cele două reticule. În-fig. 12.8 s-a considerat cazui-NirajuluLspre stînga 1n _fig. 12.9 sînt prezentate situaţiile tipice de afişare a evoluţiilor a~ronavei de către indicatorul de viraj şi glisadă.

glisadă

Fig. 12.8. Indicatorul de a -

derapat; b -

la viraj spre stinga:

normal; · c -

glisat.

3

2

··~· ···~·····~.· ..

4

6

5

~~·@ ~/·~···~ 9

8

F'ig.' 1~.9. ·Cadranul indicatorului de viraj şi glisadă: 1: - zbor in.'·li±iie dreaptă .cu incliţiare .~ sttng.9:; 2 - zbor in .. linie dTea,ptă fără inclillW."e; 3 -:- zbor rectiliiliiu i~linat sp:re dreapta; 4 - viraj sp're ştînga glisat; . 5 - ,vi:raj spre stînga corect; --8 :;_ viraj spre stinga derapat; 7 - viraj spre dreapta deDa~t; -~ -:- Viraj spre mea:pta •COrect;. 9 viraj spre drea.pta glisat.

·

·

286

t

1

Dfutre aparatele de acest gen folosite la bordul ·aeronavelor, se men.;;. viraj şi glisadă EUP-53 ·(v. fig. 12.10) şi aparatul pe lîngă cele două aparate menţionate deja, .mai Acest- aparat are avantajul că prezintă ·sintetizat, pe un:singur cadran, treiparametri ce caracterizează evoluţia aeronavelor.

ţionează indicatorul .de combiri.c~t DA-20tl ,:.care, include< şLvario:nletrul.

6

y-~

!J

·> .3- ' . - ..... ·_.· - - .·.. ·.. :< .--- -.' .Fiif~ 12jo. Indi_cator efe- v'_iraj şi glis~d.ă EUJ?-53:

1 - girOSCop; '2 - mei de sU;s.peîis-ie; :r- arcuri; 4 ....,.. ac indicator; 5 ..,-_ cadran·; 6 _:....c. -·amortiZor·; 7 · - indicator de glisadă.

b: ··Traductoare'de vite~ăungţL{ala~ă_pentru piloţii automaţi. In scopul

amortiiării oscilaţiilor avioanelor sînt ·necesare informaţii asupra vitezei un:ghiulare ·ge rota.ţie în jurul _celor trei axe ale acestora. Sistemele de comandă automată :au în componenţa lor tradl!ctoare _girosco,pice de_ \Ti teză

unghiţJJară :el~ _dţferite (!onslrt:ţ~ţif_q:a_r_e, ~apt~-~zăinforilJaţUle-şi_ le introduc în olqf:!ttr4J~ c~~>Phl,c~J~kS;eJllflal~ldr--(1~ __eţc~on
·

19 Fig~

J

fB

-~

-5

_

8

6

17

9

10

fi

. f2

!J

14 .

!6 _ 15 viteză unghiulară de gabarit mic: 4 - şurub de regl.:a.re; 5 - ca.paJC; 6 r- ,giromotor;

12.11. ;Traductbr de

1 ~- silfon; 2>-1agăr; 3 - semiaxă; 7 -:-·· ghidaj; 8 ...- flotor; 9 - oa,pa(!; 10 - llagăll."; 11 - semiaxă; ,12 r- potenţiometru; cursorul potenţiometrului; ,14 - intrare ermetică; 15 - suport de montaj; 16 - car. ' · casă~17- :inel de suspensie;ls·:..:.. tub; 19- echilibror.

13 ..;.;;

287

dintre flotor şi carcasa.'aparatului este de numai 0,2 mm. Momentul· rezistent este dat de un arc mecariic, iar la ieşire se obţin semnale electrice furnizate cu ajutorul unei perii ce se roteşte în raport. cu un potenţiometru fix.- Unghiul de rotaţie al periei este amplificat de 5 ori faţă de unghiul de rotaţie al inelului de suspensie. Lichidul de flotaţie are densitatea de 2 kgjdm3 • Factorul de amortizare este de 0,4. Principalele date tehnice ale acestor traductoare sînt următoarele: - momentul cinetic al giroscopului: 0,0380 kg·m·s-1 ; - pragul de sensibilitate: 0,1°/s; - limitele de măsurare: +6°/s; pulsaţia oscilaţiilor proprii: 5-6 Hz; greutatea aparatului: 0,4 daN; - durata intrării în regim normal: 1 min; - alimentarea potenţiometrului în c~c. cu 27+2,7 V; - tensiunea la ieşire pentru 6°/s este de 13,5 V; - unghiul de rotaţie al inelului de suspensie: 10i0~ c. Întrerupător giroscopic de corecţie. Giroscoapele de viteză sînt utilizate pe unele aeronave ca întrerupătoare automate pentru decuplarea motoarelor de corecţie ale aparatelor giroscopice poziţionale (giroorizontul, giroverticalul, girosemicompasul, compasurile giroinductive etc.) pe timpul virajului, dacă viteza de viraj depăşeşte 0,1 ... 0,3°/s. În continuare se prezintă un întrerupător giroscopic (VK-53RB) a cărui schemă se poate vedea în fig. 12.12. Aparatul este format din partea giroscopică, din sistemul de temporizare şi din di~pozitivul de execuţie. Partea giroscopică conţine. un giroscop ·de viteză şi un traductor de unghi montat pe axul inelului de suspensie. Giroscopul este format din rotorul 1 cu inelul său de suspensie 2. Pe axul inelului 2 sînt montate peria 4, şi tija de legătură cu arcul 6, care în absenţa -Virajului menţine giroscopul în poziţie de zero, la care peria 4 face contact cu lamela 7 a traductorului de unghi izolată electric faţă de corpul aparatului. În schimb, cele două lame, din stînga şi, din· dreapta, ale traductorului de unghi sînt legate electric, prima la faza 1, iar a ~oua la. fa~a 3 .>AISme}:lta~e(;l electrică a părţi~ mobile a giroscopului se fa.~e prin patru coriductoare elastice 8. gra:gul de s~nsibilitâte al aparatuluieste de cel puţiri 0,11 grd/s şi nu-mai mare de 0,3 grd/s. Se examinează funcţionarea sistemului la executarea unui viraj. Dacă viteza de viraj depăşeşte pragul de sensibilitate (0,1-0,3 grd/s), giroscopul, sub acţiunea cuplului giroscopic, se roteşte în jurul semiaxelor a-a. Din acest motiv, peria 4 calcă pe una din lamelele laterale ale traductorului de unghi, funcţie de sensul virajului. Borna de contact 2 a înfăşurării de comandă 12 a motorului 9 se comută fie la faza I fie la faza III. Borna 6 a aceleiaşi înfăşurări este legată la un potenţial mediu al fazelor I şi· III obţinut cu ajutorul divizorului de tensiune format _din rezistenţele R 1 şi R 2 • Datorită· acestui divizor de tensiune, înfăşurarea 12, dacăborna 2 se leagă la faza 1, primeşte tensiunea Uz~nz, iar dacă borna 2 se leagă la faza 111, înfăşurarea 12 se găseşte sub tensiunea U1n~I· Evident, cele două ·tensiuni sînt defaz~te între ele .cu 180°. În consecinţă, motorul 9 se va roti într-un sens sau altul, funcţie de sensul virajului. Dacă înfăsurarea 12 este alimentată, motorul 9 roteste arborele 16 împreună e~mutatorul 18 şi periile 14 (faţă de potenţi~metrul13). Pe măsură ce periile 14 se deplasează faţă de poziţia lor medie (de zero), creşte tensiunea UAB=V A -V B, care se aplică la înfăşurarea de comandă J 1.

cu

'288

În funcţie de sensul virajului, periile 14 se vor toti -îri sens orar sau în sens antiorar. În primul caz înfăşurarea 11 primeşte tensiunea Unr-1, iar _în cazul al doilea tensiunea UI-lli· Cele două înfăsurări 11 si 12 sînt astfel conectate încît asupra lor se aplică întotdeauna' tensiuni. în opoziţie de

2

Il

/J l 111

5896

110 ''

te

t:;

4 '"

Fig. 12.12. Întrerupător de corecţie VK-53RB: giroscop; 2 - inel de suSjpensie; 3, 5 pol'tiPerii; perii; 6 - arcu.ri; 7 - larmă de contact; 8 - conductoa.re fLexibile de alimentare; 5 -:.;;;.. motor electric; 10 - - în-fă;Şurare de · e:x;citaţie; 11, 12 infăşurări de comandă ; 13 - po.tenţiometru; 14 - perii ; 15 - reducto,r; ·16 ..;__ arborele redwctorului; 17 - colector; 18 - întrerupătorul corecţi ei; 19 - perii; 20 - perii de decupla re a co~recţiei; 21, 22 ..:... reUee; 23, 24 - contactele releelo~r. 1 4 -

fază. Din acest motiv, la creşterea tensiunii _aplicate pe _înfă_şurarea 12, corespunde creşterea tensiunii aplicate şi pe înfăşurarea 11. Cînd tensiu:nile aplicate celor două înfăşurări devin egale, ele fiind în antifază, cuplul rezultant al motorului 9 se anulează, iar motorul se opreşte. Aceasta se

19 -Aparate de bord

289

1

intîtnplă

atunci cînd arborele 16 se roteşte cu 40_:.:.._60 grade faţă de poziţia medie.· Decuplarea_ corecţiei se. face II1ai devreme, cînd arborele 16 şi comutatonil-18 se roteşte Cl1 30°. În acest moment periile 20 trec pe sectoarele legate electric între ele şi în. felul acesta se transmite semnalul de comandă pentru decuplar~a corecţiei pe la borna 14. Comutatorul 18 şi periile 20 rămîn în această poziţie pe toată durata virajului. Durata temporizării ·depinde- de: a) turaţia medie a motorului 9 pe timpul funcţio nării nm; b) raportul de translnitere i al reductorului 15; c) unghiul la centru OCc al sectorului reductorului 18 lacare se întrerupe' corecţia. Durata temporizării se calculează· cu formula: t=1Xc/6i11m=5,5 [s],_

unde: a.c=30°, -i=!l/2824, nm -2 500 rot/min. In realitate durata temporizării .··variază între 5 şi 20 s funcţie şi de temperatura mediului ambiant.. După încetarea virajului, arcurile 6 aduc giroscopul în poziţie de zero, iar: peria 4 revine pe lamela izolată 7, astfel căînfăşurarea de comandă 12 nu se mal găseşte s11b tensiune. Înfăşura rea 11 continuă să fie alimentată de la periile 14 roţite faţă de poziţia de zero pe potenţiometrul 13; Cum tensi:unea de.pe această înfăşurare era în opoziţie de fază cu te11sîunea de pe înfăşurarea 12, rezultă că motorul se va roti în sens opus, aducînd în poziţie neutră periile 14 faţă de potenţiometrul 13 şi comutatorul 18 faţă de periile 20. Cînd periile 20 calcă din nou pe lamelele izolate ale comutatorului 18 se întrerupe semnalul de Tabelul 12.1

Caracteristici ale giroscoapelor de -

Denumirea

şi

... --

viteză

Tradll(Ctor giroscopic de flotor de tip FT-8

viteză

ldri\i~ ::::.r:i.:' F~ţa

1

tipul aparatului

Traductor giroscopic de flotor

viteză

de măsurare, grdjs

bilitate, : propne, grd/s , Hz

FactorUl de amortizare

Masa, g

cu ±30

0,06

57,3

-

cu

25

0,7±0,2

566

65

1,0

690

·.

Traductor giroscopic de GN (K=0,038 kgm~-t); GN (K==0-.038 kgm2s-1); T 2008-lA - 10; T 2008-lA -114

290

400 600 10 29

-

0,6 76 110 76 19 ... 23 0,4 ... 0,8 730-770 730-770 17 ... 20 0.4 ... 0,8

0,09

33 ... 38 0,4 .. ~ 1,2 730-770 37-41 1),8 ... 1,2 730-770

0,01 0,01 0,023

·.,

c•

Kearfoott T 2008-1A-90; T 2008-1A.;.ll4

viteză:

-

-

90 114

-

decuplare-:a coreeţieL Durata temporizării după încetarea virajului este cuprinsă între 5 şi 10 s. Periile 14· sînt aduse în poziţia neutră a potenţionietrului 13, moment în care tensiunea aplicată înfăşurării 11 se anuleaz~, iar motorul 9 se opreşte. în acest moment periile 20 revin în. poziţie medie pe sectoarele nelegate· între ele ale comutatorului 18. Principalele date tehnice ale întrerupătorului giroscopic VK-53RB sint. următoarele: momentul cinectic al giroscopului: 0,4 kg·m2 s-l (4 000 gf·cm·s); turaţia rotorului: 21 000 ... 22 000 rotfmin; viteza unghiulară ne acţionare: 0,1 ... 0,3°/s; durata de acţionare: 5 ... 15 s; greutatea aparatului: 2,6 daN. În tabelul 12.1 sînt precizate cîteva date constructive ale giroscoapelor de viteză realizate de unele firme occidentale.

12.2. GmOSCOAPE INTEGRA'I'OARE

12.2.1. Caracteristicile giroscopului integrator Giroscoapele integratoare sînt destinate să măsoare unghiul de rotatie al aeronavelor. De asemenea ele sînt folosite ca elemente de măsurare penţ:r;u stabilizarea. platformelor .. Construcţia .. acestor aparate este aproape identică ctţ cea. _a girosco(lpelor de ylteză.~ După cum s-a mai menţionat lipseşte doar .ar~ufcare creează cuplul rezistent (fig.12.13). Făcînd aceleaşi raţionarnente·:ca şi în cazul glroscoapelor de viteză se ajunge la o ecuaţie

Fig. 12.13. Schema cinematică a giroscopului integrator: 1 -

rotor; 2 -

amortizQ-r; 3 -

potenţiometru;

4 -

inel de

suspensie~

19*

291

asemănătoare cu (12.9) din care lipseşte termenul k 1 (1. De asemenea, în dreapta, se menţine numai termenul util KCJ>Y2 şi se presupune că ~B este mic. Rezultă aşadar ecuaţia: (12.33) pe baza căreia se definesc următorii parametri ai giroscopului integrator: T Jz Js . constanta de trmp = - =kdZ; ka

a

z

sensibili tatea Cu aceste precizări ecuaţia giroscopului integrator (12.33) devine:

T~+·~-S (l)y2,

(12.34)

care integrată termen cu termen, conduce la: t

T~~+,~=S ~ CJ>y 2
unde s..;;au presupus condiţiile iniţiale· nule. De aici rezultă funcţia de transfer a giroscopului integrator sub forma: 8 Y(s)= ~(s) = -· •

(12.35)

Ts+ 1

ljJ(s)

Din relaţia (12.35) se vede că unghiul ~ de rotaţie a inelului de suspensie (mărimea de ieşire) este proporţional cu integrala vitezei de rotaţie (J)y 2 a vehiculului, motiv pentrt.I care acest aparat se numeşte giroscop integrator G1. Răspunsul de frecvenţă a Gl este: A( (j) )= 1Y(j(J)) 1=

8

..Jt+T2 w 2

(12.36)

'

iar corespunzător, caracteristica fază-frecvenţă are expresia: (12.37)

Presupunînd se

(J)y

2

=const

şi

integrînd

ecuaţia

(12.34) în raport cu

~

obţine soluţia:

(12.38)

care reprezintă caracteristica dinamică a giroscopului integrator. Ea exprimă caracterul funcţiei Y=iB(t) la rotirea aparatului cu viteza unghiulară CJ>y 2 =const. Integrînd (12.38) rezultă: K

KT

k2

k2

~(t)=- q;(t)+- (J)y2 (e-t1T-1).

292

.

(12.39)

În fig. l2.14 s-au reprezentat grafic mărimile wy2 =eonst, ~(t), t~J(t) Se observă că (J)y2 =const implică o rotaţie o/=tWy2t liniară în raport cu timpul, iar ~t) rezultă decalat faţă de $(t). Prin urmare giroscopul răspunde la mărimea de intrare (J)y2 ţ:onst, cu o întîrziere ce depinde de constanta de timp T a giroscopului. Precizia giroscoapelor integratoareeste caracterizată de viteza unghiulară de derivă ii>d=MvfK.. Valoarea acestui parametru în cazul GI de precizie este de O,Hl grdforă~_iar pentru giroscoape. de clasă- medie de precizie j3{t) Wd=0,25 grdjoră. şi ~(t).

12.2.2.

Construcţia

giroscoapelor integratoare Pentru a obţine performanţele im- Vi'2 puse de locul de utilizare, giroscoapele t integratoare sînt ·prevăzute cu unele componente suplimentare faţă de sclie:.. ma iniţială. Astfel, în afară de- detec- Fig. 12.14~ Graficul de variatie al torul de unghi de ieşire, giroscoapele funcţiilor IJJ(t) şi l3(t). · integratoare mai sînt prevăzute şi cu un mot(}r de cuplu care permite atît comanda giroscopului, cît şi corecţia acestuia şî.readucer~a la zero. Asemenea aparate au trei regimuri de funcţionare (fig.· 12.15)>În regim de GI întrerupătorul 4 este deschis. În regim de aducere la zero a aparatului se închide întrerupătorul 4. Dacă inelul de suspensie este deviat cu un unghi oarecare ~' la bornele bobinei 3, care are rolul arcului de readucere, se aplică o tensiune de pe potenţiometrul 5 şi aparatul este readus la zeTO. Cel de-al treilea regim este de comandă . şi intră în acţiune dacă se aplică o tensiune de comandă Uc la bobina 2. Pe _ _ această_cale este- posibil să se-~omande evoluţia vehiculului acţionînd asupra· gi~c:>Scopuhii.:·... · .· _· . • ·. ·. ·. Pentru micşorare~ cuplurilor IVLp perturbatoare, deci pentru reducerea derivei, giroscoapele integratoa'l'e se construiesc. cu flotor. Se reuşeşte pe această cale să se desearce ·aproape complet lagărele axului de ieşire şi să se realizeze o reglare precisă a regimului terrnie al aparatului. În fig. 12.16 se prezintă o secţiune printr-un giroscop integrator cu flotor. Dacă se are în· vedere că inelul de suspensie nu este perfect rigid, din (12.19) se obţine ecuaţia generală a GI luînd k 1 O. În acest caz constanta de timp are expresia [15, 103],: T 1 = (J x+ K 2/kec)Jk2 > T, c

adică rezultă o constantă de timp mai mare, ceea ce are efecte nefavorabile asupra vitezei de răspuns a pparatului _la mărimea de intrare. Tot din ecuaţia (12.19) se observă că in partea dreaptă numai doi termeni (Kwy 2 şi Mc) reprezintă seinriale utile, restul fiind termeni ce produc erori în

293

1

1

Fig. 12.15. Giroscop cu trei regim'\lti Q.e nare: 1 -

funcţio

aan.O'I'tizo.t; 2 ·- ,bobină ·ele comandă; 3 ·..:._ motor de cu;plu; ~ ;..._cJnti'eru.pător; 5 ~ potenţiometru.

5

8

6

' Fig; 12.16. Giroscop integrator cu flotor: giromotolr;. 2 -:- flot.or; · s - Lagăre; · 4 - portlagăr; ·5 - motor de cuplu.; 6 - rezistenţă de reglare a temperaturil; 1 - echi. · · 1ibroare; 8 - traductor de unghi. 1 -

294

Tabelul 12.2

Caracteristici ale- unor giroscoape integratoare Tipul

aparatului

Momentul cinetic

kg·m2J8 -1

gf·cm·s

MIG

CG37

G-l-H5

• 0,0101 (102)

0,101 (1020)

0,003 (30)

Deriva Tipul giro-

motorului

Masa, g

Indepen-~ dentă

de, g

/oră

0

PropOl'-1 Propor-

ţională.

ţională

CU, g

(CU, g2

'--

Puterea consuW

mată,

-

220

-

0,5

-

2,5

-

2 045

-

0,05

-

-

3

3

0,18

3

-

6

Lagăre

cu

rulmenţi

~853 . -

:

Gl-Tt-B·

0,180 . 1800

Lagăr

gaze

cu

1587

·-

-

indicaţii. ·studiul acestora se face· asemănător celui făcut la giroscoapele de. vite~ă. Giroscoapele inţegratoare: se utilizea~ă (itît în. co11strucţia piloţilor ·a\lţo~ţij .cît şi ea el~rr1ente de~ m~su:ra,re .îr1.şister,n~le .de stabilizare automat~ _a·--pJ.iltf~nie;fo~ ceint~~ .în •. componenţa ..sis-temelor- inerţiale de navigaţie. In tabelul 12.2 sînt prezentate cîteva caracteristici ale unor giroscoape integratoare.

13. _GIROSCOAPE ~OZIJIONALE DE VERTICALĂ

13.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

13.1.1;· Destinaţia giroscoapelor

poziţionale

de

verticală

Aparatele_ giroscopice de verticală sînt construite astfel încît să determine ·la·. bordul vehiculelor în permanenţă direcţia verticalei adevărate a locului. Memorînd această direcţie, aparatele giroscopice de verticală permit să se _măsoare unghiurile· de ruliu şi de tangaj. Aparatele giroscopice utilizat~ nemijlocit pentru determinarea vizuală a poziţiei aeronavei în raport cu· planul· orizontal al locului se numesc giroorizonturi de aviaţie sau simplu giroorizonturi. Aparatele giroscopice de8tinate să formeze semnale electrice proporţionale cu unghiurile de ruliu şi de tangaj, se numesc giroverticaluri [15, 57, 65, 85, 96, 117, 1'32] .. Prin verticală adevărată -se înţelege dire~ţia forţei de greutate, adică rezultanta forţei de gravitaţie şi a forţei centrifuge datorată rotaţiei diurne a Pămîntului. Pendulul, al cărui punct de suspensie este fix în raport cu Pămîntul, se orientează după direcţia verticalei adevărate. De aici a rezultat ideea de a folosi pendulul ca aparat indicator pentru direcţia verticalei. Dar trebuie menţionat că pendulul, montat la bordul unui vehicul în mişcare accelerată, nu mai indică direcţia verticalei adevărate, ci direcţia verticalei aparente, definită prin rezultanta forţei de greutate şi_ a forţei de inerţie. În concluzie, pendulul fizic nu poate fi utilizat la bordul aeronavelor ca indicator pentru unghiurile de ruliu şi de tangaj. Giroscopul astatic rapid fiind perfect centrat şi avînd două inele de suspensie, teoretic îşi menţine poziţia axei principale de rotaţie invariabilă în spaţiu. Dar verticala locului nu este o direcţie fixă în spaţiu. Ea se roteste atît datorită rotatiei Pămîntului, cît si datorită deplasării aeronaYei. În consecinţă, girosc~pul astatic rapid, o~ientat cu vectorul K după verticală, nu poate fi folosit ca indicator al acestei direcţii. În realitate el .nu are sensibilitate faţă de această direcţie. Pentru a da sensibilitate faţă 296

. ·. _:;u:z._

_..,9 .

1

giroscopului astatic rapid, acesta se combină cu pendulul fizic. moduri de combinare a celor două aparate. Intr-o primă variantă, se utilizează un giroscop eu centrul de greutate deplasat în jos faţă de punctul de suspensie (pendul giroscopic). În cea de-a doua variantă, pendulul fizic se utilizează ca element sensibil care comantlă precesia giroscopului, asigurîndu-se astfel coincidenţa în permanenţă a -vectorului K. cu direcţia verticalei. de

verticală

Există ·două

13.1.2. Principiul• de funcţionare a. giroorizontului Giroorizontul este format dintr-un giroscop cu două grade de ·liberşi un sistem de corecţie. Giroscopul este suspendat în centrul său de masă cu ajutorul a două inele de suspensie.: unul interior II şi altul exterior lE. Nodul giroscopic astfel constituit se poate monta· pe· aeronave în. două moduri:. cu axa inelului exterior paralelă cu axa lengitudinală a avio-... nului (fig. ~3.1, a) şi cu axa inelului exterior paralelă. cu. axa transversală a aeronavei'{fig. 13.1, b). Prima variantă este utilizată in cazul giroorizonturilor .destinate. pentru aeronavele grele, care nu. execută mişcări. d,e .taugaj prea· ample, deci nu există pericolul.de suprapunere a axei principale de rotaţie a giroscopului cu axa inelului exterior de suspensie. Cea de-a doua variantă este indicată în ·.cazul giroorizonturilor. utilizate la/ bordul aeronavelbr care pot executa rotaţi.L~n jurul .axei transversale -cu unghiuri nelimitate.· Formarea cindicaţiilor privind valorile unghiurilor de tangaj şi· ruliu se ·asigură cu ajut?rul unei siluete S a aeronavei văzută din faţă şi tate

:·Fig. 13.1. ·Schema

_:ci:_-- P~~tru

cinematică

a giroorizontului:

.aeronave de pasageri; b -, penm-u al:ll'()nave de acrobaţie.

a unei lill,ii 'de, referinţă numită linia orizontului. Varianta din fig. 13.1, a are silueta .a~ronavei ·fixă faţă de carcasa aparatului, iar linia orizontului mobilă. ,Dacă avionul urcă, datorită articulaţiilor 1 şi 2 ale tijei T şi fap-_, tului c~ v~torul K· are .o poziţie .fixă in spaţiu, Iinia de orizont .coboară, sub silueta: s.~ DeCi .silueta .s· apare d~eţspp~a orizontul11i, indicîndu-se su297

geStiv prin aceasta faptul că aeronava s-a rotit cu botul în sus. In cazul cînd caeronava este înclinată în sens opus, silueta S apare sub linia de · orizont. în felul acesta se obţin unghiurile de tangaj. Pentru citirea valorilor acestorc unghiuri, aparatul este prevăzut cu o scară cilindrică avînd trasate diviziuni· în grade. Unghiul de ruliu este apreciat prin unghiul format de·:silue-ta aeronavei cu linia orizontului. Se observă din fig. 13.1, a, că, dacă aeronava se înclină pe aripa stîngă, linia .orizontului fiind legată de nodul giroscopic rămîne în poziţie orizontală, în timp ce silueta S fiind fixată pe carcasa aparatului, se roteşte tot spre stînga cu acelaşi unghi ca şi aeronava. Varianta din fig~ 13.1, b are linia orizontului fixă faţă de carcasa aparatulUi, ·iar silueta S a avionului montată printr~un angrenaj A · pe inelele de suspensie. Dacă aeronava se roteşte în jurul axei transversale, silueta S rămîne fixă în spaţiu datorită invariabilităţii vectorului K, în timp ce ·linia orizontului se deplasează în sus dacă avionul coboară, respectiv în jos dacă avionul urcă. În primul caz silueta apare sub linia orizontului, indicînd sugestiv · faptul că avionul coboară, iar în cazul al doilea silueta apare deasupra liniei de orizont, indicînd faptul că avionul urcă. Unghiurile de tangaj se citesc cu ajutorul unei scări cilindrice. Pen.;.. tni citirea unghiurilor de ruliu în mod corect, silueta S este legată cine..;: matic de axa ineh.ilui interior prin Jntermediul angrenaj ului A. Citirea unghiurilor de runu:~se fa~· pe· o scară formată din segmente circulare. Unghiurile de ruliu şi de tangaj pot fi culese dacă se montează pe axele .~elor două inele de sus~nsie traductoare de unghi de tip potenţio-:. m:etric sau cu ajutorul selsinelor. Semnalul electric -cules de la ieşirea acestor dispozitive este proporţional cu unghiul de rotaţie dintre statorul. şi rotorul lor. Dacă aceste semnale sînt folosite pentru afişarea vizuală a. unghiurilor de ruliu şi de tangaj cu ajutorul unui indicator, ·aparatul giroscopic _se numeşte, giroorizontJa d':fstanţă sau giroorizont ~u teleindicare. De data aceasta giroscopulpoate fi montat in ori-de loc disponibil pe aero· navă~ iar pe tabloul de bord se montează doar indicatorul, care are gabarit Şi greutate 3 mici. 1 in afară de componentele menţionate, aparatele giroscopice de verticală sînt prevăzute cu un -sistem de corecţie. Sistemul sau dispozitivul de corecţie este conStituit 3 dintr-un element sensibil ·de tip pendular şi un eleFig. 13.2. Element sensibil pendular cu trei elec- ment de executie. Rolul trozi (de tip ~ubular). elementului senSibil pen-:dular este de a sesiza abaterea ax€1 . giroscopului faţă de direcţia verticalei şi de a· elabora un· semnal corespunzător acesteia. Semnalul se introduce în elementul de exe..:. cuţie (eventu~ după o prealabilă··am:plifieare) al cărui ·rol constă in pr~ ducerea uriui ·moment de corecţie~ aplicat astfel giroscopului încît să apară· 298

o miŞcare de precesie ·în sensul revenirii axei proprii a giroscopului (vectorul K) la· direcţia vertlcalei. În prezent se utilizează aproape exclusiv $ist-eniele de corecţie. electrică. Elementul sensibil pendular se realizează în două variante principale: tubular cu trei electrozi din sîrmă şi o pică tură. de mercur ca dispozitiv de contact (fig. 13.2) şi în formă de cuvă plată cu patru electrozi circulari umplută cu un lichid electroconductor, · aYÎnd deasupra un spaţiu liber .(fig. 13.3). Pentru a sesiza deviaţiile giroscopului- după. axa transversală şi după axa longitudinală a aeronavei se prevăd două. tuburi orientate de-a lungul celor două axe, montarea lor făcîndu-se pe partea inferioară a inelului interior de suspensie (fig. 13~2)~ Acest inel îmbracă rotorul giroscopic, motiv pentru, care el se numeşte girocameră. Dacă axa giroscopului este perfect verticală, atunci picăturile de. mercur din cele două tuburi stau la mijlocul tubului, astfel că nu se stabileşte contactul dintre electrodul central şi electrozii de capăt. Dacă se produce o abatere a axei giroscopului de la verticală, picăturile

5

o

b 'Fig." 13:3. ·Comutator pendular cu lichid:

1 -

cuvă; 2 -

centllll; a ·

eleetrolit; 3 - aer; 4, 5, 6, 7 - ·electrozi periferici ; 8 - electrod lichidului dacă axa giroscop ului este verticală; b - poziţia lichidulut dacă .axa giroscopull.ui este înclinată.

poziţia

de· mercur se vor·.·de-plasa sub acţhÎn(?a greutăţii·proprii, _ făcînd_legătura central şi unul. din cei doi electrozi de capăt. _Cea de-a doua variantă de elenwnt sensibil asigură sesizarea atît a ur1ghiurilor de tangaj, cît şi a celor d:e ruliu. în acest scop cei patru elecîntr~· electr:odul

29g;

trozi se orientează astfel încît doi electrozi opuşi să fie dispuşi după axa - longitudinală a avionului, iar ceilalţi- doi după axa transversală a avionu.;.. lui._ Cuva se montează tot pe partea inferioară a girocamerei. Dacă giroscopul are axa orientată riguros după verticala locului, cei patru electrozi au suprafeţele egal acoperite de lichidul electroconductor (fig. 13.3, a). La înclinarea cuvei (fig. 13.3, b) lichidul va acoperi mai mult unii electrozi şi îi va descoperi mai mult pe alţii. În felul acesta variază rezistenţa circuitului dintre electrodul central şi fiecare din cei patru electrozi marginali în funcţie de unghiul de abatere a giroscopului faţă de verticală. Pentru unghiuri care depăşesc aproximativ 1°, unele contacte sînt complet descoperite, iar altele complet acoperite, ceea ce face ca în continuare rEzistenţa qintre elecţrozi să nu mai depindă de unghiul de înclinare, rărrd mnd fixă. Din cele arătate se constată că acest tip de element sensibil acţionează ca un- reostat, respectiv ca un comutator. De aceea, el se numeşte comutator pendular cu lichid. Schema electrică a sistemului de corecţie a unui giroorizont se poate vedea în fig. 13.4. -.eomutatorul pendular este reprezentat prin rezistenţele variabtie R, iar motoarele .de corecţie sînt de tip bifazat- cu cîte o înfăşu-

R

V

/ '<~

'f i-

Fig. 13.4. Schema

electrocinematică

teristica de CT -

.

canal de

na~ă;

IE -

a unui giroorizont cu carac-

corecţie liniară:

cOit'ecţie transversală; CL înfăşurări de eXicitaţie; IC

-

canal de

înfăşurări

corecţie longitudide_ comanJClă.

rare de excitaţie IE şi cîte două de comandă IC, una pentru un sens al momentului de corecţie şi alta pentru _celălalt sens. Alimentarea sistemu-· lui de corectie se face în curent alternativ de 36 V si 400 Hz. Dacă se are în vedere se~sul zbor dat de vectorul viteză V, si'stemul de corecţie acţionează asupra giroscopului prin canalul de corecţie transversală CT (format din elementele R', IC' şi JE') şi canalul de corecţie longitudinală CL

de

300

. (format din elementele R, IC şt,JE). Canalul CT creează un cuplu de co\ recţie după axa Oy, iar canalul 'CL produce un cuplu de corecţie după \axa Ox. Datorită acestui mod de acţiune, corecţia se numeşte rad.ială. '

13.1.3.

Ecuaţiile

caracteristicilor de

corecţie

Prin caracteristică de corecţie se înţelege dependenţa dintre momentul de corecţie Mc şi unghiul de înclinare a al axei giroscopului faţă de verticala definită de elementul sensibil. Se disting următoarele caracteristici de corecţie (fig. 13.5): a) caracteristica de corecţie proporţională s~u liniară pentru care momentul de corecţie produs este proporţional cu u.aghiul de abatere a giroscopului de la verticală (fig. 13.5, a). b) caracteristica de corecţie de tip releu sau constantă· pentru care valoarea momentului de corecţie nu depinde de unghi, fiind constantă? dar·· semnul acestui moment se schimbă o dată cu semnul abaterii (fig. 13.5,b); c) caracteristica de corecţie mixtă, care reprezintă o combinaţie între primele două: pentru unghiuri 6< llll, caracteristica este liniară, iar pentr}l ;e > !Il 1, caracteristica este de tip constant (fig. 13,5, c).

(}

o 1 1

lwtereZIS 't)

f)

·'-

e

d

Fig. 13.5. Caracteristici de

corecţie:

de tip releu; · c - mixtă ; d - de tip releu cu zonă de insensibilitate; e - de tip releu ·CU histerezis; f - mixtă cu histe• rezis.

a -

liniară;

f

b -

Aceste caracteristici se numesc ideale în sensul că nu s-a ţinut seama de condiţiile .reale de funcţionare a sistemelor de corecţie. Caracteristicile reale de corecţie se abat de la forma celor ideale datorită existenţei unor zone de insensibilitate sau a fenomenului de histerezis (fig. 13.5, d, e, f). Caracteristica de tipul b se obţine dacă elementul sensibil este ca cel pre,.. zentat în fig. 13.2, iar caracteristica de tipul c se obţine în cazul sistemului de corecţie prevăzut cu comutator pendular cu lichid (fig. 13.3). 301

Ecuaţia caracteristicii proporţionale (fig. 13.5, a) se poate scrie sub forma:- Mt;=k6, · (13.1) iar caracteristica de tip releu (fig. 13.5, b) are ecuaţia: Mc~M sgn e. (13.2) Caracteristica de corecţie mixtă (fig. 13.5, c) se exprimă prin ecuaţia: ~1

-Mc= - · e pentru. 1 e : ''·.

11

respectiv p~in _ecuaţia: MF=M sgn

1

<

Il,

a pentru 1 e 1 >

(13.3) Il,

{13.4)

unde M este valoarea momentului maxim de corecţie, Il ....-"-- z:Ona de proporţionalitate (liniaritate}, iar e . . .,. :. unghiul de înclinare sesizat de elementul· sensibil pendular. Dacă elementul sensibil al sistemului de . corecţie ·este de tipul celui arătat în fig. 13.2, el prezintă un fenomen de histerezis, caracteristica lui .avînd forma din fig. 13.5, e. Prin urmare, dacă giroscopul este perfect vertical, picătura de mercur poate ocupa cele două poziţii extre1,11e. Pentru ca ~ea să treacă dintr-o poziţie în alta este necesar să_ se încline elementul sensibil {tubul) cu un unghi, desi~r suficient de· niic, A-h~ Ecuaţia acestei ea:racteristici-se poate scrie suh-forma: · · M.a=M sgne, pentru \i> llh;

Mc=+M pentru

{13.5)

e
{13.6)

unde semnul p1us se ia dacă înainte de a intra. în zona. de histerezis Funcţia semn sgn e ia valorile +1 după cum ,e,>O sau e·<::9~.

e >o~

13.1.4. Considerarea rotaţiei Pămîntului şi a deplasării aeronavei:jn· ,eeuaţijle de ~ţ11re. \1l_.giroscopului vertical '~-

""

Fie 0-CYJ'C. sistemul- de axe orizontal legat de Pămînt (fig. 13.6) şi un al doilea sistem de axe, Oxyz, legat de inelul interior de suspensie, axa Oy· fiind orientată după axa. de rotaţie a inelului interior, axa Oz fiind axa proprie de rotaţie a giroscopului, iar axa Ox_ ~ perpendiculară pe primele două astfel încît sistemul să fie drept. Acest sistem de .axe (care nu participă la mişcarea proprie de rotaţie)' este triedrul Resal folosit în cap. 11 cu notaţia Ox3 y 3z3 • Pentru simplificarea scrierii aici se renunţă la indici. Se notează cu ro~ şi Ul 11 ~ (1) c componentele vitezei unghiulare 6> datorată rotaţiei P-ămîntului şi vitezei aeronavei după axele sistemului de axe orizontal. Se mai presupune că axele legate de _gircoscop Oxyz au deviat faţă de primele -cu unghiurile ot şi ·~, adiCă sistemul Oxyz. s-a rotit cu viteza ~ în jurul axei Ox care coincidea iniţial ,cu OE şî ai)ofcu: viteza 1b în jurul axei Oy.- Fie p proiecţia vitezei · unghiulare ·după axa Ox, q proiecţia aceleiaşi viteze după axa Oy, şi r proiecţia lui după axa Oz. Apar deci următoarele transformări de axe: t

302

{OE:Y)~)~

(oc) _". (Ox'y'z') ~ ((3}

~

(Oxyz),

\

"-,

\

\ţ la_ care corespunde -

"

"

relaţia matri~ă: .

\ t!J=r:::-s;::::

(13.7)

J

J(

Fig. 13.6. Sistemul de axe orizontal local.

Fig. 13.7. Componentele vitezei de rotaţie a triedrului Oxyz.

;tij.~~onsepinţă, proiecţiile p şi q ale vitezelor {lupă• axe!e Ox .res.pec~· se pot$~ri~;şpb.~p~rp.C1: • ._. . · _ -. _

tiv Oy

~~+tu,;)cos (:1+ ro" Sin IX sin rf -cut cos IX sin ~.

·{' p

q=~-J-;~

cos ~+
p=~+
ţie a:Rf!ţrlhltuluf şf:-d,e.viteza·v a:'aeronaveî (fig. 13.7), considerînd că Pă mîntul este o sferă cu .raza R, Jar aeronava se găseşte într-un punct M de latitudine ). (13.9) Dacă (leronava zboară cu yite-za V şi ·capul 4; atunci: V;=;(V sin-qi, V cos cii, !J),

e,

(13.10) unde Ş--a considerat numai componenta orizontală- a vHezei aeronavei, iar viteza Vîntului s-:a Ju.at- U=O. Datorită: componentelor V~; ::::;:~V sin ·q; şi V T1 -V cos <}1 ale vitezei V se obţin vi tezele unghiulare de rotaţie în raport cu axele triedrului oţ>izontal local:.·

v

- · l;

T1

c

- _

_

•

V -

· ·V

.

=--__!!...=--cos · R R

4;

• ·

.v

V

· V sin tJi

A=wNS~;= _ _ ~; - = - - • (13.11) R cos q> R cos q>

:în care nu s-a ţinut seama .de altitudinea de zbor H, considerînd H« R.

303

Componenta

(i)

ve are proiectiile: •

-Ns

- c.u V !;= - V 11

•

Sin

R

V V ru c; ! ; =R- tg rn .,. sin c~J.

-'-

w; •

(13.12)

insumind componentele vitezelor unghiulare după cele trei axe rezultă:

J"'•=- ~ cos (!)

l

11

=Q

__

cos cp +

_

.!.. sin ·~=tJt + ~ sin $; R R

+ ~R tg

(13.13)

$=uJ2+ ~ tgcp sin GJ, R 1

care substituite în (13.8) conduc la:

P=-~~

:

cos~- ( ru 2 + :

tg cp sin tjJ) ~; (13.14)

-q

~~ + w1 + :

sin

tjJ + (oo 2 +

:

tg cp sin tjJ) (l.

în relaţiile precedente pentru modelul sferic al Pămîntului se consideră R=6371,2 km, iar pentru viteza lui de rotaţie diurnă Q=l5°/oră= =7,29·-10....;;.5 radfs=const. Dacă aeronava execută viraje cu viteza unghiulară 65v vectorul Wv fiind orientat după verticala Ot,,. relaţiile (13.8) devin:. (13.15)

q=t~ + (011 + (!; + >c.oz;, ru11 , ru~; relaţiile (13.15) se pot scrie, sub forma, aproximativă: unde . semnele superioare se iau în cazul virajului spre stînga, iar cele inferioare în cazul virajului spre dreapta. Componentele acceleraţiei în raport cu axele trieârului orizontal local O~'Y)t, se pot calcula avînd în vedere că componentele yitezeţ abso~ Iute Va după aceste axe sînt: - (13.17) Vaz;=Vz;+QR cos cp, Va11=V11t Vac;=Vz;=O,_ unde Q R cos cp este viteza de transport datorată rotaţiei diurne a Pămîn tului,'iar Ve -0 deoarece s-a considerat că aeronava evoluează la H=const.'

304

"·

"'\, "'"

Acceleraţia absolut.ă aa a~nctuluţ_de

obţine

calculîhd derivata

totală

a Vitezei Va

suspensie al giroscopului se

adică:

-Ua=(lt+wXVw dVa - -

(13 ·18)

unde componentele vectorului (;)r sînt date de (13.13). Efectuînd calculele r~zultă:· Vţ,V

11 am; . V~;- -R-tg cp -2 Q V 11 sin
-

•

aa11 - V 11 +

V~ R. tg
Uar;=~ vTI· _R

+2

Q V l; sin .cp + Q2 R sin
-2 Q

V~;COS cp-Q 2 R

(13.19)

cos 2
La stabilirea ecuaţiilor precedente s-a ţinut seama de modelul sferic al ·Dar în afară de aceasta, mai trebuie avut în vedere şi caracterul cîmpului gravitaţional şi că, alături de acceleraţia gravitaţiei, se consideră Şi acceleraţia centripetă datorată rotaţiei Pămîntului. Rezul-" tanta forţei de gravitaţie şi a forţei de inerţie centrifuge este forţa de greutate căreia îi corespunde verticala locului. Acceleraţia gravitaţiei depinde de latitudine conform relaţiei aproximative !g~l=ge(1-~ sin 2 ../ Q2R (13.21) g~= , g17l~ Sin

Definind acceleraţia aparentă prin relaţia a=aa-'--g*, (13.22) se obţin componentele acesteia avînd în vedere formulele (13.19) şi (13.21), adică " fJJ a2=aa~;; a 11 =V11 + ~ V~tg

Et=E cos 41_:.:_YJ sih 41, YJ 1 =Esin 4J+·YJ cos 41. (13.24) În consecinţă, pentru calculul vitezelor unghiulare (1) 1; 1 şi w 111 în funcţie de .(1)1; şi ro 11 date de (13.13) se scrie (l)~;I ==w~; cos ~.,...:_U> 11 sin:4; (1) 11 t=W~;sin 41+(1)il cos ~· (13.25) 20 - Aparate de bord

305

l

(1) tt are două componente: (1) 2 =~ sin cp şi o altă comdepinde de forma traiectoriei de mişcare a ·punctului de suspensie al aparatului. Se consideră cazul particular cînd traiec.;_ toria este un cerc mic (fig. 13.8). Raza cercului reprezintă chiar raza de curbură şi formează unghiul Jt cu verticala locului, care este evident normală la sitprafaţa Pămîntului. Cînd aeronava se deplasează ·pe arcul·· de cerc mic cu viteza V, triedrul O f 1 "1) 1 ~ 1 se roteşte în jurul perpendicularei pe planul său cu v:iteza unghiulară VfRcos f.L Proiecţia acestei viteze pe axa Ot. 1 este Vtg Jt/R sau Vf.p dacă se notează p:~tg p.=R. Mărimea p se numeşte raza· de curbură geodezică, iar ) inversa ei, curbura geodezică. Traiectoria aeronavei se numeşte geodezică dacă în fiecare punct al ei curbura geodezică este .nulă, sau raza de curbură infinită. Traiectoria geodezică repre-zintă cea mai scurtă distantă între două puncte de··. pe s~uprafaţa ·Pămîntului. Traiectoria geodezică pe· suprafaţa Pă Jl1întului'consideratsferic se numeşte ortodromă. Ortodroma reprezintă· arcul de cerc mare care trece prin două puncte de pe suprafaţa Pămîntului. ln cazul acesta, componentele vitezei unghiulare Fig. 13.8. Traiectorie ortodromică. după axele triedrului Oet"ltt,t sînt:

Proiecţia ponentă care

(!)z;t=-Q

cos cp sin ~-VfR, co 11 t=Q cos cp cos eli,

Wt;I=.Q

sin cp+Vfp. (13.26)

]laza de curbură se::.l:!n~siţl~r~}po~iti.~ d~ţ~; t:Qtaţia:lnJur;ul. '!:Xei.. Ot, 1 se face in sensul pozi_tiv a(acesteia. Din relaţiile (13.13) şi·(t3~26) rezultă: • t-)6>c-(!)tt =

Vz;

R tg

V

P•

{13.27)

Proiecţii~e Oz;t şi a 11 t se obţin din relaţiile (13.23) utilizînd formulele de transformare (13.24) şi relaţia (13.27). Desigur componentele Wt;t şi
··- cp,aer ··- v2 ~- 2Q·v · ~In P

.

~

.

a 11 t=V;

(13.28)

.

unde V este acceleraţia tangenţială, V 2 / p - acceleraţia centripetă datorată curburii .suprafeţei Pămîntului, iar 2Q V z; sin cp şi 2 Q V z; cos cp sînt acceleraţii Coriolis. 306

·,, '· 13.2~ -GIROORIZONT cu CApACTERISTICĂ DE CORECŢIE PROPORŢIONALĂ

·"-

13.2.1. Ecuaţiile ~oorizontului cu caracteristică de corecţie· proporţională Giroorizontul din fig. 13.9 este reprezentat prin girocamera 1, elementul sensibil pendular 2 şi momentul cinetic K. Se calculează momentul de corecţie Mcx aplicat după axa Ox de către sistemul de corecţie, cum şi viteza unghiulară p-:(J):x: în raport cu-aceeaşi axă. . . Acceleraţia după axa Ox. care influenţează nivelt,Illichidului din reostatul pendular _2 (y. Jig. 13.9) are expresia:' - · Clx . a~l cos ~-act sin ţj.

.

Forţa de inerţie datorată acestei_ aceeleraţir este: -

F:x: ·· r-max==m(a~~ sin f3-az;1 cos

.B)

;Jn cazul vitezelor. de_ zbor .ale aeroljl;avell)+ :ş~ ... ;.~oaţ~ . consiuer~.

a~1 ""Jg~ :Qa{!"ă-~s~~~ ~presupune-de- viaţia mică--atunci se
{ Uz;l) -Fx~mgrf3_..;.;. g- ·

a

- -moi, Fig. 13'.9. 'Stabilirea caracteristicii de corecţie

(13.29)

girocameră;

1 -

2 -

Mcx

(~):

comutator pendular.

Pentru se elimina abaterea :13 a axei gir6scopului de Ia verticala locului 0~ 1 este necesar să se aplice după axa Ox moment'l;ll de corecţie:

.

'~

k,F~ ....,.Io,.,.; (13- a;'}

(13.30)

unde k 1 este o constantă de proporţionalitate. Expresia componentei vitezei unghiulare după axa Ox are forma (13.8), dar cu modificările de indici din fig. 13.9, rezultă:

00%-P=~~+(I)!;l

-Wt;t

~'

(13.31)

unde la scrierea proiecţiilor s.:..a avut în~ vedere că ungl1iul J3 este .mic. în mod asemănător, se poate calcula momentul de corecţie după axa Oy. Acceleraţia după axa Oy (fig. 13.10) este Uz,=aTJI cos rx+a ~~ sin rx, iar forţa de inerţie corespunzătoare rezultă imediat sub forma:

__ - . (' (X+·--;UT)l) ' Fy=-rnay=-mg

(13.32)

în-care s-a presupus că mJ_ghiul rx este mic. 20*

307

Viteza unghiulară toare din (13.9), dar cu

rezultantă după axa modificările de indici

Oy are forma corespunză din fig. 13.10 rezultă:

(13.33) .

Pentru a se elimina deviatia este necesar ca sistemul de corectie sub ·

acţiunea semnalului (13.32) să· dezvolte momentul de corecţie:

(13.34)

~~~'1-:72-~:---,___ fi.

Acum se pot stabili ecuaţiile de mişcare ale giroorizontului, plecînd de la ecuaţiile de precesie: Kq=Mx=·Mcx+Mrx; { -Kp=My=Mcy+M.ry,

(13.35) Fig. 13.10. Stabilirea caracteristicii de co-

în care Mrx şi Mry sînt momentele rezistente după axele de suspensie. Substituind în (13.35) expresiile (13.30), (13.31), (13.33) şi (13.34) după unele transformări rezultă: recţie Mcy (ct):

1 -

girocameră;

2 -

comutator pendular.

~+rup -wc,f:l=-s "'+ •:' )-6!.., ~+"'"' +wc,"'~s,( ~- ·~, }+"'"'' 2(

(13.3·6)

unde e1=k1 mgjK Şi ~.€~ k 2mgJK: sînt. paritele caracteristicilor de corecţie ale giroorizontului, iar Ci)rx=Mry/K şi (JJry=Mrx/K reprezintă viteze de precesie datorate momentelor rezistente M,y şi respectiv Mrx· Sistemul de ecuaţii obţinut (13.36) permite să se studieze comportarea giroorizontului în diferite situaţii de utilizare la bordul aeronavelor.

13.2.2. Giroorizont montat pe o in raport cu Pămîntul

platformă fixă

.

.

~

în acest caz (v. relaţia 13.28) a~;t =a111 =0, căci V=V=O, Iar In conformitate cu (13.26) rezultă: Wet =.-Q cos cp sin

308

$; w11 1 =Q cos

cos ~;

roct=Q sin cp.

(13.37)

Neglijînd în (13.36) termenii ro Ct cx şi ro !;t cu restul termenilor, se poate scrie:

(),

datorită micimii lor in

comparaţie

~+'1! 2ot=Q cos

{ () +

cp sin '<1>-b>,.;

(13.38)

e 1 ().=-Q cos cp _cos '4; + ro 111 •

Se mai presupune că rorx=ffiry=O; astfel, sistemul .(13.38) devine:

{ Ecuaţiile

~. +i~.2 cx=iQ

cos cp sin '4;·;

(13.39)

{3+e 1'f3=-Q cos cp cos ~-

(13.39) admit

soluţiile:

CX-
(13.40)

,{ ~~c=~(}o---il)c)e -slt'

unde s:..au introdus notaţiile:

n cos~ sin tjJ

CXc= - - - - - ,.

~c=

n cos ~

'

(13.41)

el

e2

iar a 0 şi ~o sînt valorile iniţiale ale unghiurilor de deviaţie ale axei giroscopului faţă de verticală; .Din (13.40) · se observă c~ă .după un timp suficient de lung, axa giroscopulu.i se stabilizeâză. în poziţia definită de unghiurile rtst=l:xc şi fist==iBc· Corespunzător acestor unghiuri, sistemul de corecţie dezvoltă momente care asigură precesia giroscopului cu aceeaşi viteză cu care verticala deviază datorită rotaţiei Pămîntului. Expresiile (13.41) se numesc deviaţiile giroorizontului cu corecţie proporţională ·datorate rotaţiei Pă mîntului. Traiectoria descrisă de vîrful vectorului K în planul Ooc.~ adică funcţia F( cx, ~)=0 se obţine eliminînd timpul între soluţiile (13.40). Dacă eficacitatea sau Pantele caracteristicilor de corecţie sînt egale, adică 1~ 1 = =lEz_:_e,împărţind relaţiile(13.40) între ele rezl}ltă: ot - otc

oto - otc

-f3--f3c= -· f3o ,--- f3c

(13.42)

expresie care reprezintă ecuaţia unei familii de drepte care trec prin punctul M(
radial, convergent spre M. Din acest motiv sistemul de corecţie examinat se numeste sistem de corectie radiaZă. Dacă Mrx-:FO, Mry=/:=0 şi deci (!)n: şi ffiry sînt diferiţi de zero şi constanţi, soluţiile particulare parţiale ale sistemului de ecuaţii {13.38) corespunză toare prezenţei acestor mărimi sînt:.

{13.44)

~N~~ · Fig. l3;1L- Traiectoriile de fază în cazul corecţiei <:u .caracteristică liruară . M~-Mcx-,-Mt~

.

care arată că poziţia de echilibru a axei giroscopului este deviată faţă de verticala locului. Relaţiile (13.44) definesc erorile statice ale giroorizontului cu corecţie proporţională. Influenţa momentelor _de frecare uscată îh lagărele inelelor de suspensie se examinează în ecuaţiile {13.35) care sînt date sub forma: (13.45}

sgn ot;

unde: funcţia semn are valorile +1 pentru~' ·~>O şi.--1 pentru~' .~·
-~~ '{'Îi+g!si'' 1!2, ros '<1> ~ ~'11-'o!f.< s.gh:~''' ~+·s 1;{3=.Q cos cp cos '$---
d,

''"(i3,46)

unde ffit~=MtyfK şi (J)ty=Mtx/K sînt viteze de precesie corespunzătoare momentelor de frecare din lagărele inelelor de suspensie. Pentru simplificarea calculelor se consideră că e: 1 =/€ 2 =e:, apoi se· introduc variabilele ot 1 9ot~otc şi 'f3 1 =1f3-~c cu care (13.46) devine:

·{~t+oa. 1 =rot.< sgn ~; B1 +e:~t=(j)ty

Poziţia

sgn ~-

(l 3 AB'}

.

de echilibru a axei giroscopului se obţine pentru ot 1 =0 şi ~·1 =0, adică pentru valorile stabilizate ale unghiurilor ot 1 şi :{3 1 date de

relaţiile:

(13.47) 310

1

Relaţiil~ (13 . 47) arată. că e-xistă. patru puncte de convergenţă a traiectoriilor- giroscopu}ui situate fiecare ~in cîte un cadran al planului coordonatelor O ot ~- Exemplificarea se face pentru cazul în care O, ~~1 r> 0,_ deci .cîml giroscopul este deviat .în primul cadran. Pentru· a readuce axa giroscopululi la verticală, sistemul de corecţie trebuie să o rotească cu

.

.

.

viteze· cr
sgn

6lrz

1. I

E

(J)

·is-

.R* .

'1-'1. I

t

=-

•

sgn cr.

-......!!!. e:.

Continuînd studiul :şi .pen:-' tru celelalte· cadrane .se.·· obţin . celelalte trei puncte de convergenţă a traiectoriilor de fază ale axei giroSC9fmlui (fig~ l;i.12). . In conclUzie, datorită frecării în lagărele inelelor de suspensie se produc erori de stabiliza!'e a a,xeig~roscopu~l.li după

Fig .. 13.12. Domeniul de stagnare.

vertiealal'ltitil;lltti~:·~~iCăro~"yaloare 'Se· ~alculeaZă· cu: f·ormulele {13.47). Pă tratur 1~ :2;~~3~ ·4 -.{lfu:fig~·i3.12 defineşt~ aŞa.:..numitul ·domeniu de stagnare al axei giros-copuiuL ·

13.2.3. Giroorizont montat pe o platformă ce se cu viteza V= const·

deplasează

8e J>resUţ)Urţ'e,eă a~rQita.Va .e\Xecută Un zbor_ "rectiliniu".CU Viteză constantă. Desigur,- fiind \:rorbâ- de modelul sferic al Pămîntului, se are în vedere un zbor fie pe ortodromă, deci pe un arc de cerc mare, fie pe loxodromă, adică sub unghi de drum ~constant. In aceste cazuri se poate deci -considera V::-const, iar p=,oo sau foarte mare {în cazulloxodromei). Din relaţiile (13.28) se vede ..că, în acest caz, acceleraţiile sînt al;1 #=0; ant = . va =V=O; act= g dacă g » - +2QV. Cu aceste precizări şi luînd rorx= .

=rorr~=O

-

din (13.36)

R

rezultă:

~ + :$2';0t ~:Q cos .ep. sin rq;\+ ; .,

1~+e1$==-Q cos

•

q>• cos

$+~1

a;,·

(13.48)

311

Solutiile exacte ale acestor ecuatii se obtin cu multă dificultate avînd in vedere că cp şi .cp sînt funcţii de tiinp nepr'ecizate. Dar pentru viteze de zbor nu prea mari, unghiurile

+ ...!__,

~c=-

(13.49)

Q cos

'1

s:2R

·f)N= al;I = _

V

g

p

2

20 V sin

'

(13.50) (13.51)

sînt deviaţiile de viteză ale giroorizontului cu corecţie proporţională (13.50) şi respectiv eroarea de navigaţie (13.51) a giroorizontului determinată de acceleraţiile ce se produc la deplasarea pe ortodromă sau .pe loxodrmnă.

13.2.4. Erorile giroorizontului longitudinale

datorate_acceleraţiei

Datorită accelerării şi frînării aeronavei, elementul sensibil pendular al giroorizontu1ui este scos din poziţia de zero, semnalul obţinut se aplică la motorul de corecţie longitudinală (v. fig. 13.4), care dezvoltă un moment de corecţie orientat astfel încît axa giroscopului se roteşte către verticala aparentă. Eroarea datorată acestui fenomen în cazul particular cînd a 11 1 = a=.const se calculează. În prima .ecuaţie din (13.36) se menţin num~i,Jer:,IUepy-;,,~re~.condiţionează ·această categorie. de. erori, adică:

~ + E2 ( oc+ ;

)=o.

(13.52)

Dacă la 't=O~ oc.. O, soluţia ecuaţiei (13.52) se scrie ~SUb forma:

(13.53)

Prin urmare, ero.area poate atinge .cel mult un unghi egal cu unghiul atva de deviere a verticalei aparente faţă ·de verticala adevărată, care se. expriJ?ă pri11 :relaţia:

a;

1

)

•

(13.54}

De regulă, aeceleraţfile longit11dinale ale aeronavelor au valori maxime de 2 ... 3 m/s2 , la care corespunde o deviaţie a verticalei cu unghiuri cuprinse între 10 şi 15 grade. ·De aici rezultă cîteva concluzii pentru utilizarea acestui aparat de către piloţi. Astfel, la decolare, cînd a 11 1 >O adică

·aeronava ~accelerează puternic,· verticala aparentă se roteşte· în sensul negativ al unghiurilo:r
13.2.5. Erorile giroorizontului:jn zbor rectiliniu orizontal cu oscilaţii lente de viteză Dacă se au în vedere oscilaţiile fugoide, se poate considera care aproximaţie că viteza liniară de zbor a avionului este:

unde

V

cu oare-

V=V0 +L1V sin(vt), (13.55) este 'pulsaţiâ oscilaţiilor de viteză, iar Â V amplitudinea acestora.

Corespunzător

lui (13.55),rezultă acceleraţia:

·

aTJI =U="I Â V cos vt. (13.56) Elementul sensibil pendular din canalul longitudinal de corecţie va fi perturbat de acceleraţia (13.56). Ca urmare, el va introduce un semnal de comandă în motorul electric de corecţie, iar acesta va imprima o miş care de precesie giroscopului către direcţia verticalei aparente. Studiul acestei probleme se face cu ecuaţia (13.52) în care se substituie a din {13~56). Se obţine:

~+liarx=- x0s 2 cos vt

(13.57) în care Xo='VÂVfg reprezintă amplitudinea abaterii verticalei aparente fată de vertîcala adevărată. · Soluţia particulară a acestei ecuaţii care reprezintă oscilaţiile stabilizate în jurul verticalei reale are forma:

rx

.·. -~-[cos (vt~o}J; --- ._ . ·V e~+v2 .

(13.58)

în care 8=arctg ( vfis 2 ). Din relaţia (13.58) se observă că amplitudinea oscilaţiilor giroorizontului este mai mică decît amplitudinea Xo a oscilaţiilor verticalei aparente. Amplitudinea· oscilaţiilor ex(t) se·poate -reduce prin rrlicşorarea pantei 1s 2 a corecţiei l?ngitudinale.

13.2.6. Erorile de viraj ale giroorizontului cu corecţie proporţională Se presupune că virajul se face·cu viteza V=const şi că centrul de masă al aeronavei descrie un arc de cerc mic. Dacă virajul este spre dreapta, viteza lui fiind (J}v=V/p, rezultă acceleraţia centripetă a~;t=(J}vV. 313

ecuaţiile genera~e

Studiul :erorilor se face plecînd de 1a

(13.36) cu unele a 11 1 V O. De asemenea (l) 2 căci '(alo » IDtJ @ 2, iar pentru început se ia Mrx= -Mf'Y~o ..Cu aceste precizări şi avînd în vedere relaţiile (13.26) sistemul '{l3.36)devine: simplificări. Astfel se neglijează 6)1 şi

se consideră că ~ 1 -'€ 2==~S

şi

(13.59)

Făcînd

.

.

pe «=0 şi ~=O în prima şi respectiv în a doua ecuaţie din

sistemul (13.59) se scrie: Cl

;

1).'

(t)tl

= -

l"

e:

+ -t:RV ,

e1

,

= -

e:

Q.'

V/g.

(13.60)

· tJ - s

(t)"·

Relaţiile· (13.60) reprezintă două

drepte care se bucură de proprietatea că în toate punctele lor ~=0 şi respectiv ~~~.:_,o. Se observă că cele două drepte sînt reciproc perpendiculare şi intersectează axele Oex:~ în punctele Cl 1 ;=VfsR; "~'1 :V/CJ>oR, ,ct 2 . ~sVjg şi '(i~CJ>oV/g. Dac~ virajul se .execută ,spre stînga., acceleraţia centripetă este a;t =---(i)oV;' ecuaţiile (13~n9r~e scriu sub forma:

iar

~-CJ>~~+ soc-

i;

1~+!.lvot-€13= -e "'~, •

(13.61)

.·

Făcînd

.•

aici·. pe «=0

,ec:uaţ}e, re:Zult~=~-

···~,=-

(t)tl

Îl)

Rl'#na

.r

.

equaţie şi ~~J1, j)

Jn cea de a dt'Ua

~, + _!_'

E

(13.62)

e:R

Cele două drepte (13.-62) sînt reciproc perpendiculare axele Oe11~ în punctele: , Cl1

= -V ; e:R

R

1"'1 =

V

- -.-; (t)"R

,

e:V

Clz = - -

g

;

R , ___ 1"" 2

şi intersectează

c.u."V 1

g

Se observă că « l=iet 1 ; «~=CL 2 ;1 ~~=,........,.~;:? şi lf3l- :-l~h iar cele patru drepte pot fi reprezentate (fig. 13.13). Rezolvînd sistemul formatdîn ecua.: ţiile '(13.60) se obţin coordonatele punctului de echilibru la viraj spre dreapta, care caracterizează erorile giroorizontului în viraj: · (13.63)

314

1

unde~* este~?t"oareatransversală:de

nală --de. virilj~

Intrucit s 2>>gjR

viraj, iar cx* este eroarea longitudi-

~t>~'f;>>gfR coordonatele punctului de

-echilibru se- pot eXprima prin formulele aproximative: {13.64)

13*

!1 1

.s*

X

Fig. 13.13. Traiectoriile de fază ale- giroorizontului cu cade corecţie liniară în viraj spre stînga şi spre dreapta.

racteristică

ÎJ1' ·c~M~- vi:rrajului ,spre .stî~a, coordonatele pu{lctului de intersecţie adrepteloc{l3.p2}.:~n,t• ,
{13.63) şi (13.64). Pentru a calcula erorile la un moment oarecare al virajului este·· necesar Să fie rezol-vate- sistemele de ecuaţii diferenţiale (13.59) şi (13~61) 'pentru viraj spre dreapta şj respectiv pentru viraj spre stînga. Rezolvînd sistemul (13.59) în raport cu cx se obţine:

..cx +2e~+(e . .+\~~)cx:=(~·~71Ailcx*, 2

(13.65)

. rinae· oc*"ăre;~ţpre~i~4ih{l3.~4:~-: Soluţia ecuaţiei

{13.65) este de forma: ot=Ae- 61 cos ((1)vt-8)+cx*, (13.66) unde A si 8 sînt constante de integrare care se determină din condiţiile initiale. · · Exprimînd acum pe ~ din prima ecuaţie (13.59) şi substituind pe cx din (13.66) se obţine: tB-cAe -st sin ((l)vt-8) +r~*, {13.67) u:nde ·f3;* are expresia din {13.63) ·sau (13.64). Considerînd că la t=,O, cx=~cxo şi ·~=l~o din (13.66) şi {13.67), rezultă: '
Poziţia: polului giroscopului în planul Ocx{1 se poate exprima în coordonate polare prin raza vectoare r a poziţiei in&tantanee şi prin unghiul cr măsurat în sens antiorar ~format în raport cu axa 0{1 de raza vectoare r. Din (13.68) se pot e~prima coordonatele polare prin relaţiile: T=

V(ct-ct*F+(~-{1*) 2 ;. tg
(13.B9)' (13.70)

ot-ot*

Substituind aici pe cx Dacă

şi

{1 din (13.6B)

şi

(13.67) se

obţine:

la t=O, r=ro

şi

cx 0

-

VjiR;

~ 0 =0.

(13.72)

Eroarea maximă în raport cu unghiul f3 se obţine în punctul 2 în care traiectoria polului giroscopului se intersectează cu. dreapta -~. O. Punctu-:lui 2 _îţ ~ores"punde valoarea (i)vt=7t/2. Deci, substituind pe t cu valoarea 7t/2(i)v în (13.67) rezulta.: . · (13.73)

Eroarea maximă în raport cu coordonata cx (eroarea longitudinală) se obţine la intersecţia traiectoriei axei giroscopului cu dreapta ~=0, adică în punctul 3 de pe fig. 13.13 unde (i)vt='7t. Eroarea cxmax se calculează din soluţia (13.66) în care se substituie t=i7t/(i)v; 8=0. Rezultă: ·

)--TC s

V

,CXmax=cx*- ( sR -ct* e

unde ct* este dat de (13.63) sau (13.66). Dacă. se poate. considera ct*>> VfleR, mai simplă:

cov

relaţia

(13.74)

'

(13.74)

capătă.

o

formă

s

(13.75)

Erorile calculate mai sus s-au referit la virajul ·spre dreapta, cînd În. cazul virajului spre stînga, (i)v> O. Traiectoria se obţine perfect simetrică faţă de axa 0Ct, iar erorile au aceleaşi valori. absolute ca cele obţinute la virajul spre dreapta, diferind ca semn ··doar eroarea 113max (fig. 13.13). . . . . (i)v< O.

316

1 · - · .1

~'P:!L~

Dacă se ţihe seama de frecarea în lagăre; ecuaţiile (13.61) devin:·

{ ~-~+eot=V/R+Ii>tx sgn ~;sgn cx.

(13.76)

f3+(!)vCX+E~=----S@vVfg~wfy

Fără a mai intra în amănunte se menţionează că, datorită frecării, se

regăseşte domeniul de stagnare plasat în jurul punctelor definite pe coor-

donatele cx"' şi (3*. Din relaţiile ce .reprezintă. erorile·· giroorizontului în viraj se constată că, deşi acceleraţia de viraj apare transversal, axa giroscopului este deviată atît transversal, cît şi longitudinal către partea din faţă a aeronavei, în sensul vectorului ·v. Din cauza vitezei de viraj eroarea ce apare iniţial transversal se transformă în eroare longitudinală, rezultînd traiectoria spirală (v. fig. 13.13).

13.3. GffiOORIZONT CU CARACTERIS1'!CA DE CORECŢIE DE TIP RELEU

13.3.1. Forma

ecuaţiilor

de

mişcare

Motoarele de corecţie montate pel axele inelelor de suspensie ale giroorizontului ppt,ft coma:qqate.cuajutorul unor- comutatoare pendulare cu mercur (v. fig; ·13,2}.· Din ~punct de vedere cinematic, giroorizontul cu acest tip de corecţie are schema electrocinematică în fig. 13.14, iar schema electrică simplificată se poate vedea. în fig. 13.15. Comportarea giroorizontului, în cazul în care el este prevăzut cu acest sistem de corecţie, se poate examina plecînd tot de la ecuaţiile (13.35), respectiv (13.36), dar în care expresia momentelor de corecţie se modifică din cauza earacteristicii constante de· corectie. Dacă se are .. în vedere reprezent~lia din fig.l3~16,~momenteJe...de .corecţie se exprimă prin relaţiile: -· · Mcx=-M~ sgn 19 1 ; Mcy=M~sgn'9 2, · (13.77) în care 8 1 =~-X 1 , 9 2 =XX+ X2 sînt unghiuri care determină înclinarea axei Oz a giroscopului faţă de verticala aparentă, iar mărimile x1 . arctg (a;1jg) şi X2=arctg (aTJI/g) sînt unghiurile care precizează deviaţia verticalei aparente faţă de verticala reală din cauza acceleraţiilor al!I şi aTit. ·Funcţia semn ia următoarele valorr: sgn i9 1 -sgn 9 2 =1 pentru 9 11 Funcţia semn ia următoarele valori: sgn 9 1 =::;gn 9 2 =1 pentru eh 0 2 >0 şi sgn 19 1 =Sgn 6 2 =-1 pentru et, 9 2 <0. Cu aceste precizări ecuaţiile (13.36) iau forma:

~ + (1)!;1-(t)CI ~~<.U~ sgn '92-<.Urx; { ~ + (1)1)1 + <.U!;t oc~6>cy sgn e2 + @ry,

(13.78) .

317-

unde h>~--- M;/K şi t.>cy M! fK sînt vitezele unghiulare de precesie datorate momentelor constante de corecţie M; şi M ~ aplicate după axele inelelor de suspensie.

5

/.2

.. , _. '

.

)

1

1

-

7

1 t

-

r----~J .----------.J

-

<'

•

.. . 10

. - 9

11~

1

Fig. 13.14. Schema electrocinematică a giroorizontu.,. lui cu cara:cterisUcă de corecţie de tip releu: 1 4 -

gfrocamera.; 2, 3 ~ elemente sensibile tubulare: inel exterior de suspensie; 5, 6 ~ motoare _de co-

recţie;

7 -

tub ·din · stielă; B ,_- electrod central; 9

şi

R ·- ~~~'. 111:·:~Îi~d~~r\~9e;~~?~r;~}.Z-C -~ ,. _!;·

~

-.···.~··

-

--

"_

'

•

--

,_.

•~

Fig. 13.15. Schema electrică a giroorizontului cu caracteristică de ·corecţie de tip releu: 1 şi 5 -

318

motoare de cooecţie; 2. _şi 3 · . 4 - giromotor.

elemente sensibile tubulare;

Dacă momentele rezistente Mrx şi! Mry sînt datorate numai frecărilor în lagărele de suspensie~ în locul ultimilor termeni din ecuaţiile ~13.78) vor fi trecuţi termenii corespunzători din ecuaţiile (13.46) astfel că, în acest caz,

~+~t-t;t~=-(l)cxSgn 92+CJ)~teSgn ~; 11 t +UJc1 cx=-CJ)cy sgn '9 1-CJ)fy sgn ~,

{. ~+ <.t>

(13.79)

Fig.' 13fl6; , Stabilirea cuplurilor de corecţie.

la scrierea cărora· trebuie ·avute, în vedere expresiile (13.45) ale momentelor aplicate după axele de suspensie, cum şi convenţia privitoare la funcţia semn atribuită vitezelor unghiulare cx şi ~de care depinde sensul momentului de frecare.

. .

13.3.2.,:;Giroorizont:eu eorecţie constantă montat pe o platformă. fixă faţă de Pămînt · ln acest caz V=O, a~t=a 11 t -0 astfel că x~=x 2 =D, iar termenii se neglijează fiind mici în comparaţie cu restul termenilor din ecuaţiile (13.78). în consecinţă, sistemul de·ecuaţii (1'3.78) devine: ·

(!)ci ~ şi UJ 1;1 cx

~+ma~: sgn cx=-z;t + m/% sgn ~; ~+ CJ)cy sgn ~='- 11 t-ty s~ ~, unde ~z;t =Q cos cp sin ~ şi_ (1) 111= Q cos cp cos $.

··{

(13.80)

în conditii. normale de functionare este necesar ca momentele de co-

recţie să asiiure precesia girosc~pului cu o viteză unghiulară mai mare 319

~decît viteza unghiulară de rotaţie a verticalei locului, inclusiv viteza datorată momentelor perturbatoare Ma şi Mry. În consecinţă: ·

I

V;• +16lulmar;

I"'=I>Q+ > Q+

1U>cy 1

V maz R

(13.81)

+ 1U>ry 1

max-•

Neglijînd pentru început frecarea în lagărele de suspensie punînd că U>~t şi U> 11 t sînt constante, din (13.80) rezultă:

şi

presu(13.82)

de unde prin integrare, cu condiţiile iniţiale cx(O)=cx 0 şi ~(0)=~0 , se obţine:

cx-cxo=-( U>cx sgn cx + U>~;t)t; { . ~i1o=-(U>cy sgn ~+ <.t>111)t.

(13.83)

De aici se vede că unghiurile iniţiale de deviaţie cx 0 şi ~o sînt eliminate printr-o mişcare uniformă în timp. Durata readucerii la verticală este de ta~;lcx 0 l/U>cx şi tp~J.~olthlcy· Ecuaţia traiectoriilor de fază se obţine din (13.83) prin eliminarea timpului. Rezultă deci: ~

f3-f3o

=

sgn cx.+w!;l

sgn f3+
(13.84)

adică ecuaţia unei familii de drepte avînd unghiul de pantă faţă de axa Ocx: tg S=((x)cy sgn ~ + (1)11 1)/ / ( c rezultă tg e=+l, adică spectrul traiectoriilor este format din drepte înclinate cu +45°. Aceste traiectorii degenerează în. segmente ale a:x:elor de coordonate îndată ce axa giroscopului atinge una dintre aceste axe într:-un punct diferit de origine (fig. 13.17). PofJ(ctiB.) în cazul lui giroscopului ttnde către o poFig. 13,17. Traiectoriile de fază ziţie stabilă în originea axelor . V==O ş( Mfx=Mfy=O. Ocx~,. deci către verticala locului. Dar în .calou~ele făcute nu s..,.au avut în vedeTe nici momenttele de frecare şi nici zona de histerezis a comutatorului pendular. Fie !la şi Il p zonele de histerezis în raport cu cele două axe. În interiorul lor momen.:.. tele de corecţie pot- avea orice semn. Pentru simplificarea relaţiilor se vor neglij~ în continuare (1) 1;1 şi c.u 11 1 care de altfel sînt foarte mici în corn-

~

320

paraţie CU~(i)~ şi {t)(;~ Cu aceste delimitări sistemul d~ ecuaţii (13.80) poate :ti scris de două ori: cîn afara zonei de histerezis şi în interiorul acesteia:

~~.cxsgn cx+(J)txsgn ~' dacă fcxl >~a;

(13.85)

~=-(J)cy sgn (1-tl>ty sgn ~' dacă 1~ 1> ~p; ~

.· 1

(J)cx+ (J)fx sgn

~' dacă 1rtj <~a;

~=+(J)cy-(J)IY sgn ~' dacă 1111 > ~!3· şi

(13.86)

Î:qtr:..o. primă et~pă de studiu, neglijînd frecarea ·din ecuaţiile. (13.85) (13;86) se obţine: Cl=-(J)cx sgn cx;

pentru 1rt l >~a;

(13.87)

~=+(J)cx;

pentru 1!XJ
(13.88)

:~ · -(J)eu sgn (1; · pentru l~l > ~13;

(13.89)

~=+
(13.90)

pentru 1{11 < Âfl·

Se trasează în pianul Ocxl1. dreptele cx=+~a şi 11=+~a (fig. 13.18). Aceste drepte împart planul în 9 zone: A 1, A 2 , A 3, A 4, Bh B 2 , B 3 , B4 şi C .

8.3 .B

Mt!J

f\:Mcgb'

A.3

t~ft,(

11cx Hcx

Vp

t1,e

-L1oe

Oc.

V

lip

V

A2

Mcx

.V

B't - 11cx

/1

Hc!l

c

L1tX:

82

V

11«~.~ A~

IJ)~~r"

Ntg

Mcg

l1c9

11cg

A,

8, Fig. 13.18. Considerarea zonei de histerezis.

În zonele B unul din inelele de suspensie este înclinat cu un unghi mai mare ·decît zona de histerezis 1- iar celălalt cu un unghi mai mic decît această zonă. De aceea, în zonele B momentul de corecţie. după una din axe poate avea orice semn. Schimbarea sensului momentului de corecţie 21

-Aparate de bord

321

ăre Joc la: ati.Îlgerea frontierei domeniului de histerezis din interiorul lui. Evident, în zona -C ambele inele sînt acţionate de- momente de corecţie ce pot avea orice semn. ln fig. 13.18 sînt reprezentaţi vectorii momentelor de corecţie precum şi vitezele polului .giroscopului, Vp, create de aceste momente în virtutea teoremei lui Resal. Se poate trage acum conchizia că traiectoriile ·polului giroscopului vor fi drepte care, după ce pătrund în zonele de histerezis, devin linii frînte,. prin "reflexia" traiectoriei la atingerea din interior a limitei zonei de histerezis. Dacă Mc.x;= =Mcy atunci toate aceste drepte vor fi înclinate la 45°. ln caz contrar panta va fi dată de raportul celor două momente de corecţie. Timpul necesar pentru ca giroscopul deviat cu unghiurile cx0 şi ~o de la verticală să ajungă în zona C, în care axul giroscopului execută oscilaţii neamortizate, se calculează cu relaţiile:

{13.91)

valoarea cea mai mare dintre cele două fiind, consider~tă ca durată a pro;.. cesului de corecţie. Influenţa momentelor .de freeâre din lagărele de suspensie, asupra ţraiectoriilor d~ mişca:t:e ale a:xuluk giroscopului, se poate studia în ecuâţlile (13:8_5) şi (13.86). ln domeniile A momentele de frecare m~resc :\9Heza /3

X

1

1 1

.Ai~-'; 1

------:-----r--~

1

1

!1

-..1oe

1

---------'A+ Husgn/1

1

1 1

~~.,

Mc9 sgn«.

•l

~

•

'%Jgn/3

Fig. 13.19.

Influenţa frecării-

asupra traiectoriilor de

fază.

de mişcare a polului giroscopului ·după direcţia axei care se găseşte în dreapta faţă de- sensul de parcurs pe traiectorie, deoarece momentul de freeare după ac~astă direcţie se adună la momentul de corecţie (fig. 13.19). Dimpotrivă, vite~ade mişcare după direcţia axei din stînga traiectoriei se micşorează, căci momentul de frecare este orientat în sens opus momen-

322

tului ·de corecţie.. · Unghiul, t: format de traiectoriile din domeniile A 2 şi .

A 4 cu axa OrL ·se calculează cu formula: M c:e-- M n:

. tg <1>1

(13.92)

Meg+Mtu

iar unghiul
(13.93)

Mcu-Mtu

Din fig. 13.19 se poate observa forma traiectoriei în cazul în care axa giroscopului s-a găsit iniţial în domeniul Ai. Durata deplasării polului giroscopului pe traiectorii!~ diagonale, care pătrund în domeniul C pe la colţurile acestuia, se calculează ,c:u relaţiile: · (13.94) şi

în cazul domeniilor A 1

A3

la=

·

şi

cu formulele:

1CXo 1-~a 00 cu+ 00 tu.

=i6=

1f3o 1-~6 OOc:e- 00 t:e

(13.95)

'

în cazul traiectoriilor diagonale din domeniile 4 2 şi A 4 • Dacă poziţia iniţială a axei giF~scopului nu coincide cu aceste diagonalej ~cal(!ululduratei procesului âe ţ::c)~ecţie pînă·Ia intrareajn domeniul C se·!ace.C\! rţ~aţii . mai complicate: care ţin seama de 11umăru1 de trav~rsări ale domeniilor Bi, B 2 , B 3 şi B 4 f65J~

13.3.3. Erorile giroorizontuluiîn zbor rectiliniu cu viteza constantă Da~ă se ţine.seama
va

Uz;t=2QVsin
p

făcute

în§ 13.2 ..3,

a 11 1 =0;

rezultăcă

Uttrv-g,

care determină deviaţia·. verticalei aparente· faţă de verticala ghiurile, date cţe relaţiile: tg X1

2!lV sin

. V2 ~

în acest

.

reală

cu un-

·

·O·

--'----,...;....:._-- •X2= · pg

tn· consecinţă.ecuaţiile (13.78) devin:

.

~=~6>cy

21*

(13.96)

sgn

(~Xt)-(.1) 11 1

+curu, 323

unde: (t}~;i: şi (l) Ttl sînt- date de relaţiile (13.26), iar termenii ro~;t rJ. şi cDţt ~ s-au neglijat fiind mici. Ecuaţiile (13.97) descriu mişcarea giroscopului către poziţia de echilibru dată de coordonatele pentru care se anulează momentele de; corec...:. ţie adică cx=O şi i1=x 1 • Dar pentru aceasta este necesar ca momentele de corecţie ~să ţie suficient de mari astfel încît să fie îndeplinite condiţiile:'

l{t)cxl > l(l)ţl + (J)1'XIm:lx; 1(l)cyl > I(J)Ttl + ffi,.ylmax•

(13.97)

Dacă se ţine acum seama şi de zona de histerezis a comutatorultii cu mercur, erorile maxime· ce se produc în acest caz sînt:

(13.98)

·x 1 =~N este eroa:t:ea de

navigaţie găsită anterior. Giroorizontul cu de tip releu nu are erori de viteză de tipul (13.50) ci numai erori de navigaţie, care însă nu depind de tipul de corecţie, ci numai de traiectoria pe care se face navigaţia. · ·

unde

corecţie

13.3.4. Erorile giroorizontului cu corecţie de tip releu în zbor rectiliniu accelerat Se consideră că zborul se execută cu aT11 -a=const, iar durata, zborului accelerat este ta=rÂ V fa, unde Â V este variatia de viteză în timpul de accelerare ta. În prima din ecuaţiile (13.78) se' neglijează (l)rx, (J)ţt şi cuTtt , astfel că m,işcarea. giroscqpulqi ;pe dire9ţhl Jq:q.gjJuţlinală este descrisă de ecuaţia:·"· ~ · .t · · · · · cx=-(l)ox sgn

e2,

unde 16 2 =,cx + x2 ; X2 =arc Dacă

tg(; )~:

(13.99) (13.100)

!

.

la intrarea în zbor accelerât giroorizontul nu are erori (la t=O, cx=O), .at11nci 18 2 -;oc+ x2 > O, iar din (13.99) se _:vede. că cx O; dar F Ttl =ma Ttl este forţa. care determină poziţia verticalei aparente împreună cu forţa de greutate. Unghiul de rotaţie al axeigiroscopului către verticala aparentă este: (13.101)

Eroarea maximă cxmax se obţine dacă acceleraţia a* are o asemenea valoare încît pe timpa1 zborului accelerat ta, axa giroscopului se supra-

324

pune pes-te· direcţia verticalei: aparente. Considerînd deci că ~= x2 şi substituind pe (13.100) în (13.101) rezultă: L\V (J)cxX a*

a*

=== -g'

de unde a*

-:-V

·~V. g.

(13.102) Eroarea maximă a giroorizontului la acţiunea acceleraţiei constante a este: Ncx

(13.. 102') este

Pentru acceleraţii a>a*, durata ta se micşorează astfel că eroarea ~~~max şi se calculează cu formula: (13.103) La acceleraţii a
aparentă,

a

a*

g

g

CX=-
(13.104)

Dacă zborul se execută cu acceleraţii longitudinale variabile, erorile girotn:jzqi};j;ţ!l ut.sînţ_ ;Iţtai marV: decît·.· în ·e;a-qţţl : exarnJn.a:t )mai înainte. _Eroarea inaximă obţine dacă la· o variaţie .8V de viteză, vit~za. d~ ·precesie a giroscopului este egală cu viteza de rotaţie a verticalei aparente.

se

13.3.5. Erorile giroorizontului cu corecţie de tip releu în viraj C()mportarea giroorizont11lui pe_ . ti!llPlJ.l e,xepu,tării viraje1or corecte studiaiă. i GU e(:!ua,tiile: .generale (13S8) din care rezU:Ită,J1l':~acestcaz, sistemul: - ·" ·

cu,. yitez;ă consta,I)t~

se

f~+

~-~o~=-Wcx sg~-.e2.,......U)r:l?+ UlvOt=:.,._Ulcy

V ;

sgrl'(l 1 +'"'"''

R

(

13 105 ) .

în care s-a ţinut seama\ de relaţiile (13.26) şi (13.59). Întrucît V =const şi a11t=O, H2=cx,~lar e1=~-x1 unde X1 _ !Clrctg (-(J)vV/g). Relaţiile(13.105) sînt scrise pentru virajul spre stînga. Neg1ijînd frecările în lagăre, deci . termenii 6.>rx şi (J)ry, din (13.105) se obţine:

{

~-(J)v!3=-(!)cx sgn (X+ ~ ; R

~+(!)vCX=-(J)cy sgn (~-Xl).

(13.106)'

325

înainte de rezolvarea acestui sistem se trasează în planul Ocx~ dreapta care reprezintă limita de comutare a sistemului de corecţie. Axa orizontală 0~, împeună cu dreapta ·~= Xt împart planul ~{j în patru domenii, I, II, III, IV (fig. 13.20) în interiorul cărora semnul ~==x 1 =arc tgt·-(l)vVVg)

g . X1

~--------~~----------~

V

o IV

2 I

a

Hcx

8

D

III

oe,* X

~

c Fig. 13.20. Traiectoria

de · fază

in

~azul

virajului spre

stinga.

momentelOr de corecţie nu semodifică. Luînd în (13.106) pe ~=0 şi ~·O se obţin ecuaţiile: ·

~* - .::~

l

sgn. cx- .c.>~R. ;

.

.·.· d~ ·~ "'" siln (~X,)_:, A>.. sgilft~"-~), . 6>v

3 (1 .l07)

m.

care reprezintă două drepte paralele cu axa verticală (una pentru cx >O şi alta pentru cx 0 şi alta pentru t6 1
6>c~

V 6>"R

t-Jt= --~-. (1)•

pentru cx> 0 ,

R* . . . mc~ t"'2=-.

. V-.---.-pentru cx v

6>wR

unde s-a considerat că (l)cx> VfR. Eliminînd pe .~ între ecuaţiile. (13.106) şi ţinînd seama de. ~13.107) se opţine ecuaţia satisfăcută de funcţia cx sub forma: (13.108) 326

care adtnite_ soluţia: _ _ oc(t)=A1 cos (rovt+ 8) + oc*.

(13.109)"

Calculînd pe cx din (13.109) şi substituindu-1 în prima ecuaţie din

(1~.106) !ezultă: ·

(13.110) Expresiile ·(13.109) şi (13.110) descriu mişcarea polului giroscopului în viraj. Traiectoria acestuia rezultă sub forma: (13.111)

adică este un cerc avînd centrul în punctul de coordonate tX*, ~*, şi raza Rr~..:.A~

Unghiur f>olar.a se,calculează _pu formula: tg o- ~-~*c=-:-tg (rovt+8), ot-'ot*

de unde rezultă: (13.112) In concluzie polul girg_scopului se mişc~ pe":(nLce:rc de rază R1 cu viteza unghiulară. ~ _ , ·0(1)~; egală)n m,od.uLcuviteza -de viraj, dar avînd sens opus acesteia. Cercul-(13.111) are centrul în pupctul 1 (fig. 13.20) deoarece în dQmeniul J,_ oc0 şi :Ieci~*=«i şi (3* ~:.Analog, traiectoriile din domeniul 11 sînt arce de cerc cu centrul în punctul 2, traiectoriile· din domeniul III sînt arce de cerc cu centrul în punctul 3 etc. Din considerente geometrice legate de construcţia traiecţoriei circulare se vede că valorţle maXime ale erorilor în ·;viretj se calculează cu formulele: · · - · · ·_ - · ...

-

(13.113)

·nacă _se are ·în vedere un viraj spre- dreapta atunci <.>, 1 =~rov, iar

e(!:uaţiile'(l3.1{).6) iau forma:

{ în care

~ +_. .~

_..,_ cx·- sgn ct +

~ffivtX==--
ei -!~X~=~arctg ((J)

11

; ;

(13.114)

V/g).

327

Vitezele

d. şi

~se anulează dacă:

13*=-

wcZ: ~

sgn cx+ ~, cx*= ~R

CJ)cy

~

sgn (~-x').

(13.115)

Traiectoria polului giroscopului este tot un cerc avînd centrul în punctul de coordonate cx*, (3* în, care, de data aceasta, cx*=cxfdar 13*= =--=~ adică se găseşte în dreapta axei Ocx (fig. 13.21). într-adevăr, în

:,

X';1

!J

2

11c!J

oc* 'Z 1

Ukx 8

Wv

3

././

oc

~

o,

IV X

III

.8

oc~ }-

Fig. 13.21. Traiectoria de fază în cazul virajului spre dreapta.

punctul) _din fig. 13.21, a ~ şi fiind pozitiv în virajul spre dreapţa, rezultă sgn :e 1 , -~,1, :~Ştl: î1.1cît ~ > ~cxr -(i)cy/(i)v; De-a .lungul segmentului AB· polulgiroscopului· se-deplasează (i)cyo Dacă se înde-

1

plineşte condiţia l(i)cx+ V/RI=(i)cy sau, dacă se neglijează V/R ca avînd valori foarte mici în comparaţie cu (J)ax, rezultă (i)ox-:(J)cy; atunci cele două cercuri sînt tangente la axa Ocx. Evident dacă (J)ax< (J)c.y fltunci cele două -cercuri se suprapun parţial, ainbele depăşind în stînga şi respectiv în dreapta axa Ocx. Deviaţiile maxime ale axei giroscopului sînt date de unghiurile: (13.116)

1

13.4. GIROORIZONT CU CARACTERISTICA DE:CORECŢIE

MIXTA.

~Schema de principiu a giroorizontului cu acest tip de corecţie; a fost prezentată în fig. 13.4, iar forma idealizată a caracteristicii de corecţie ;-a preciz~t în fig, 13.5, c. Zona ele. pro.R,Q porţionaliiale este de regula ~=0;5°, iar rezistenta dintre electrodul central si unul dintre ~lectrozii periferici variază' între· 500 Q .·cînd electrodul este complet acoperit şi 4 500 Q cînd electrodul este complet d,escoperit. Între aceste două limite rezistenţa · Vctriază liniar cu . unghh,].l de înclinare ~ ~ ţOnţU ta tb~~Uh_li CU lichid (fig. ] $ ~,2 2) Dacă Se notează CU-;J\ lăţi~e~:c-~9nei de proporţionalitate, în ·interiorul acesteia nomentul .. âe corecţie este proporţional cu IX (fig. 13.22, b), iar în exteriorul ei -o.5· rămîne. constant. Pentru simplificarea prezentării se presupune că cele două canale de corecţie sînt identice adică OOcx=,OOcy= 1

00 fx=OOJy='(J)t· Se ţine €1 i€2=€ şi seama de. ecuaţiile scrise In § 13:2 şi 13.3, iar pentru descrierea mişcării giroscopului

Caracteristică

=CJ)c;

Fig. 13.22.

rezultă;"•

trai cu ce; b -

recţie mixtă:

~Ie~roda~:~~eri~ez~~te~~tro~~fe ce~~ variaţia cuplului

corecţie

· ·~-~~~9 2 +~t sgn~, ot=

de ca-

pentru !9 2/

de

cu ce .

<~;

. ~"sgn:.e2+~S.~·-ij'.pen~ru·-l·e21>~; ''·'<':,:. ·· . "-~-·------~....__ __

..

·~ ·::-s9r--OOtsgn~,

pentru

19 1 1<~;

-(J)csgn 9c--00t sgn ~> pentru

/81! > ~;

{13.117)

unde 9t=f3~Xb 92--,1X-X2, X1=arc tg (a~J/g), X2=arctg (a~;I/g), =(€~. . Pentru început se consideră că platforma pe care este. montat aparatul e fixă: ~x 1 =•x 2 O; ooe 1 =(l)-qi =1;1 =0. Se va neglija şi frecarea în lagăre, deci OOt=O. în planul 01Xf3 se trasează dreptele IX==,+~ şi f3=+L1 care îl împart în nouă domenii (fig. 13.23). În domeniul 1 sistemul funcţionează ··cu caracteristica de corecţie proporţională, din care cauză traiectoriile sint radiale căci ·lotf~~ şi lffl~:L\. în domeniile II~V apar~tul funcţionează cu corecţie constantă deoarece aici I,~Xj.> ~' lf31 ~ ~' iar tra,.. iectoriile de mişcare a polului giroscopului vor fi drepte radiale. În o

329

domeniile VI-IX un canal de, corecţie lucrează pe caracteristica proporce celălalt, pe caracteristica de tip releu. Spre exemplu pentru domeniul VII, l«l~·â, iar l~l~tâ, astfel că din (13.1'17) se poate scrie:

ţională, în ţimp

(13.118) Integrînd aceste ecuaţii cu condiţiile iniţiale cx 0 şi ~o rezultă forma traiectoriilor în- domeniul VII: (13.119) deci s-au

Dacă

obţinut traiectorii neliniare (fig.13.23). se consideră şi momentele de. frecare

în

lagărele

de suspensie

rezultă o zonă de stagnare avînd coordonatele date de soluţiile particulare (13.4 7) ale ecuaţiilor (13.46) stabilite în cazul giroorizontului cu caracte:ristică proporţională · de corecţie. Desigur se are în vedere că zona de stagnare. este inclusă în interiorul domeniului J. Aşadar traiectoriile con-

verg spre vîrfurile domeniului de stagnare {fig~ 13.2.4) ale căror coordonate sînt date de relaţiile: · ·- · .-

«*-

Cllt

e

sgn ~;'

(13.12Q)

,.a 2LJ .

Fig. !13.23.- Traiectoriile . de. fază în cazul· giroorizontului .cu caracteristică mixtă de · corecţie considerind M =o. 1

Fig. 13.24. Traiectoriile de fază cu considerarea · cuplului de frecare. ·

· . · ln cazul giroorizontului -cu corecţie mixtă erorile datorate frecării (13.120) si deviaţiile de viteză sînt mici deoarece panta -s a caracteristicii poate fţ 'luată -mult mai mare decît in cazul giroorizontului cu ·corecţie proporţională. 330

•

_13.:)~ ME'J;ODE DE MICŞORARE A ERORILOR 1N VIRAJ

_. :nm

relaţiile stabilite pînă aici :~-a constatat că~ pe timpul virajului

indicaţiile giroorizontului Şm~area acestora se aplică

sînt afectate de erori foarte- mari. Pentru mico serie de Il1etode: -

Metoda 1. În acest caz axa proprie a giroscopului se roteşte către direCţia

de zbor cu unghi mic cxv, dar montajul elementului sensibil se face astfel incit în zbor rectiliniu <>rizontal semnalul din canalul longitudînal de corecţie să fie nul. lJnghiul de înclinare se ia astfel încît momentul de co~ecţie (!are acţionează în timpul virajului după axa girocamerei {axa Qy_ de rotaţie a inelului interior) să fie echilibrat de componenta momentului giroscopic după aceeaşi axă Mgy=K(J)v sin ocv~K
·. Metoil..a 11. Mult, m-ai răspîndită :În cazul giroorizonturilor de aviaţie -este. metoda· d~euplării -ţ;:orecţiei.tran,sversale_ pe· timpul virajuluL Operaţia -de decUplare se asigură cu ajutorul• -unui comutator fie în funcţie de unghiul de ruliu al aeronavei, fie în funcţie de viteza unghiulară de viraj. Iri primul caz se are în vedere că executarea unui viraj corect presu. pune un- anumit unghi de .înclinare! a aeronavei în jurul axei sale longitudinale~ Decuplarea se asigură cu un simplu comutator montat pe axul inelului paralel cu axa longitudinală al aeronavei. In cel de-al doilea caz se utilizează un giroscop de viteză, care (v. cap; ~12) corespunzător unei vitet:e unghiulare, decuplează canalul âe( corecţie t!'ansversal. ~

'

~- ;,~::.:::..

>'

-

-

'

•

-

•

,-

'" '

.-

_-

'

-'-

-

-

•

•

·Metoda~ilÎ.,Uirli ;constructori ·tţe giroorizonturi au ad'optat soluţia de a reduce erorfle' tn':viraj prin :comutarea motorului din canalul de _corecţie ·. transversală la semnalele elementului sensibil din canalul ·de corecţie longitudinală care, în timpul· virajului, nu este perturbat. ·Această metodă numită şLI11etoda "tangaj-ruliu", se aplică de preferinţă giroorizonturilor cu caracteristici de corecţie de tip releu. Metoda decuplării corecţieji s~ apFcă'une():ţ'Î şi în eanal'l.llde cprecţie longi tudipal penf[U ll!ÎC~C9J?a:r'e~ ~ eror!ilor ·th !~~@i}: Î'eclifmiu· ~-1rcceJerat. ·

a. Erorile cardanice. Giroorizonturile utilizate pe avioane pentru mă surarea _.ungb.iu:rţJor de ruliu şi de tangaj de regulă se montează cu axa inelului exte:r!Qr. de suspensie paralelă faţă de axa longitudinală a avionului~ în acest caz,. dacă axa proprie a giroscopului (ve.ctorul K) este orientată după verticala:Jocului, atunci unghiurile indicate de aparat după axa inelului .exterior şf ~L celui interior sînt egale cu unghiul de ruliu, respectiv de. tangaj .ale. aeŢonavei. La altă dispunere a inelelor de. suspensie se produc aşa-numitele::erori cardanice ale .giroorizontului. Dacă axa proprie de rotaţie., Oz, .··~~te deviată de la verticala adevărată .O~tJ se produc erori -car:daniee în orice variantă d~ dispunere a inelelor de suspensie.

b. Erorite statzce -ale giroorizoniului. Sub denumirea de erori statice se prezintă [65] erorile cauzate de imperfecta centrare a giroscopului, de nesimetria momentelor .de frecare, de momentele aplicate pentru compensarea influenţei rotaţiei Pămîntului· şi a deplasării aeronavei etc. Uneori la fabricaţia· giroorizonturilor se asigură prin construcţie o deplasare inferioară a centrului de masă al giroscopului. Desigur, aceasta provoacă erori suplimentare pe timpul executării evoluţiilor de zbor. De. aceea în cazul giroorizonturilor cu corecţie radială puternică (E>2 -./ g/R) rămîne -totuşi cel mai avantajos giroscopul astatic. "Pendularea" inferioară este admisă -numai în limitele toleranţelor de fabricaţie ale aparatului. Centrul de masă al giroscopului mai poat-e suferi deplasări şi după direcţia axelor in-elelor de suspensie, deci perpendicular pe vectorul K. Din această ·cauză se produce un moment static •de descent:tare care măreşte erorile aparatului.. Fie Ms momentul. static rezultat după axa inelului exterior de suspensie. _îp: regim stabilizat, acest moment este echilibrat de momentul de corecţie,· ·care în limitele zonei de proporţionalitate are expresia Mc=MTSlpfl1f!. Punînd condiţia Mc=Ms rezultă eroarea statică provocată -de momentul Ms: Q

·

fJSl

Ms . A~ = --·.·Ut-' = MM ,.

Ms ..

_.,..._ ' tg
de .unde eroarea statică este invers proporţională cu tangenta unghiului de ·pantă al caracteristicii de corecţie Şi nu depinde direct de valoarea momentului cinetic. Există o dependenţă in directă. Cu creşterea momentului cinetic (pe seama masei), creşte momentul static M8 • Dar pentru micşorarea erorilo11 statice va trebui să crească cp, deci eficacitatea corecţiei. Creşterea acestui parametru :e$te însă limitată de erorile datorate acceleraţiilor .-~~ _frecv_enţ~~ joa~ a,le.iJ}ri~r.t~Jui.

13.,7. GIROVERTICALURI

PERFECŢIONATE -.

13.7 .1. Giroverticaluri pentru avioane de

înaltă

aerobaţie

Dacă aeronava (avion, elicopter, rachetă) execută evoluţii complexe, â.~ în,altă_ acrobaţi~, există posibilitatea ca axa proprie d.e rotaţie a giroscq·pului·s~ se suprapună peste axa de rotaţie a inelului· exterior de suspen-

sie. În ~acest .ca,z s~. produce colapsul giroscopic. Pentru. a se. evita produ-cerea acestuf efe'ct 'dăunător se pot aplica mai multe m·ăsuri constructive: a) utiliza:ree1, unui lţrnitator; b) folosirea upei suspensii cardanice care jJermite menţinerea poziţiei canonice; c) introducerea unui inel suplimentar de suspensie rt\}mit cadru de urmărire; d) blocarea giroscopului pe timpul e.x.ecutării figurilor de înaltă aerobaţie etc. Cea mai indicată soluţie este folositeâ P.nui cadru suplimentar de urmărire (fig. 13.25). Giroorizoritulcu ~.Cele d!oua inele de suspensie cunoscute se· montează pe un

332

1

cadru de urmarire suplimentar 3, a cărui axă este orientată în lungul axei longitudinale a aeronavei Sâu paralel cu aceasta. La pierderea poziţiei canonice dintre axa proprie de rotaţie a giroscopului 1 şi inelul exterior de suspensie 2, peria 4 (care la poziţia canonică stă pe o zonă izolată) va stabili contactul pe două se:tJ?.iinele şi prin aceasta va pune sub tensiune una dintre cele două înfăşurări de comandă ale unui motor electric bifazat 6. Acest electro0 motor va roti cadrul de urmărire pînă cînd va restabili poziţia canonică. Desigur, pe3 ria de contact revine pe zona izolată a comutatorului 5. Pentru funcţionarea corectă a cadrului de urmărire la unghiuri de tangaj mai mari de 90°, aparatul este prevăzut cu un dispozitiv de ·comutare 7, care are rolul de a schimba polaritatea semnalu- 10 lui care se aplică la motorul bifazat 6, atunci cînd axa de rotaţie a cadrului de urmărire trece prin pozitia de coinci- Fig. 13.25. Giroorizont pentru avioane de înaltă denţă cu vector~! K. a~robaţie.

13.7.2. Girovertieal de precizie

înaltă

Giroverticalurile (şi giroorizonturile) de construcţie obişnuită, prevă zute cu sistem de corecţie cu element sensibil pertdular, modelează verticala datorită faptului că, aplicînd Inoţnente de corecţie după axele de suspensie, axa proprie de rotaţie a giroscopului urmăreşte verticala. Dar această metodă nu . asigură o precizie, suficient de înaltă aparatului. De aceeai.îrrriuai·ut girOv~rticalurilor preCizie, d1.rpă ·axele inelelor de sus~ pensie'S~ aplică niome:fite-de corecţie _calculate astfel încît să asigure precesia giros_copului cu o viteză unghiulară egală cu viteza de rotaţie a verticalei locului în raport cu triedrul inerţial. Deci se ţine sea:tna atît de rotatia Pămîntului cît si de viteza de zbor a aeronavei. 'în fig. 13.·26 este prezentată schema unei varia.nte de girovertical de precizie. Canalele de corecţie lon,gitudinal şi transversal cu elemen,te sensibile pendulare se menţin, dar ele acţionează prin intermediul dispozitivului 13 de decuplare a corecţiei pe timpul zborului accelerat. în motoarele de corecţie longitudinal 12 şi 'ttansversal 11 se aplică semnale de comandă de lâ un bloc de calcul. La. intrarea acestuia se introduc viteza de drum V a aeronavei (măsurată de centrala de viteză 1), latitudinea locului·

de

'333

-----

motoare sînt astfeld'eterminate încît precesia giroscopuluise produce cu o viteză unghiulwă egală cu viteza de rotaţie a verticalei locului în raport cu triedxul inerţial. La intrarea motoarelor de corecţie 11 şi 12 se aplică şi semnalele de la elemente sensibile pendulare.

Fig. 13.26. Girovertical de precizie

înaltă,.

l~a~:s:···ooNSTRUC'fiA GiR09KIZON~~ttffi~~"i''= ŞI

.

GIROVERTICALURILOR. PENTRU.AERONAVE

ln scopul exemplificării modului în care s-au aplioat principiile teoretice.· pentru realizarea de aparate. giroscopice de verticală, în cele . ce urrnează se- prezintă succint construcţia unor giroorizonturi şi giroverticaluri utilizate în prezent la bordul aeronavelor .

.1:3.8!1. ~G~oorizont~ri pentru aeronave grele· Fiind destii1at ·pentru. avioan~ ··ce nu execută zbor aerobatic, aparatul AGB;...l este realizat după schema cinematică din fig. 13.1, a. El poate mă sura unghiuri de tuliu de valori cuprinse între ,+aoo şiunghiuri de tangaj pînă la +60C>. Pentru a se limita erorile pe timpul executării virajelor, canalul de ·corecţie transversală se decuplează cu ajutorul unui co;... mutator situat .pe ·.inelul exterior de suspensie. Momentul de .inerţie al 334

rotorului este~de 2 000 g·cm2, iar turaţia 21000-23 000 rot'fmin. Acţiona rea gir<>Scopulut se asigură cu un motor . electric trifazat cu ro.tor. în scurtcircuit, ·Ia tensiunea de '36 V, frecvenţa fiind de 400 Hz. Schema electrică a aparatului se poate vedea in fig; 13.27. Întrerupătorul canalului de co-

oc 7

6

Fig. 13.27: Schema electrică a giroorizontului AGB-1. recţie transversală este format din discul 5, plasat pe axul inelului exterior de suspensie, periile 9, fixate pe carcasa aparatului şi sectoarele de contact 10, 11. Din fig. 13.27 se observă că dacă înclinarea avionului nu de~şeşţe Jimit~~ de } ~go circtţ;tulde · E{Iilllentare a motorul1.1i de corecţie 4~:est~ tnGnis Ptin componentele 5; ·s, 9. Dacă unghiurlle. de ruliu ale avionultJ.î·depăşeSc::9°, periile 9 calcă pe seetoarele 10, 11/iar corecţia transversală îşi întrerupe legătura cu sursa de alimentare. Pentru ca pe timpul pornirii, cind. nodul giroscopic se poate găsi în orice poziţie, aducerea în· poziţie normală de funcţionare să fie posibilă, aparatul este prevăzut cu un dispozitiv de blocare a comutatorului de corecţie, format din releu! cu bimetal 7 şi me~anisrp.ul 6, care sînt filO~tate îr(pc;tralel pentru dublarea acestei funcţii ['2'3}.· : , _· .·. · . . . . .. . . · _· ·In ulthqii ani· avioanel-e de: transport au ·.fost echipate cu giroorizonturi de construcţie mai ~rfecţionată. Ele au apărut în mai multe variante îpsă se vor faee Teferiri doar ·la două dintre acestea: AGB-3 si AGB-3K. Schema eiectrocinematică comună pentru cele două. variante s'e poate vedea în fig. 13.28, iar schema electrică în. fig. 13.29-. în cii·cuitul canalelor de corecţie s:..a introdus cîte un amplificator care amplifică semnalele date de comutatoruL ·electrolitic pendular CP .şi apoi le aplică la intreţ,rea motoarelor de corecţie longitudinală M e şi respectiv transversală M1 • Aranjamentul inelelorde suspensie este tot în varianta prezentată în fig. 13.1, a, însă indi~a. . unghiurilor de ruliu şi de, tangaj se realizează într-un alt mod. Unghiurile de ruliu pot fi măsurate în -limitele ±90° cu ajutorul siluetei 10 a avionului ·legată cinematic cu inelul exterior de suspensie 1 _prin intermediul unui angrenaj cu raport de transmitere egal cu unitatea. Rolul lui ,este doar de a schimba· sensul de rotaţie al siluetei (v. iig. 13.1, b). Unghiurile de tangaj se măsoară în limitele +soo cu ajuto-

335

l

Fig. 13.28. Schema electrocinematică ~ unui giroorizont pentru avioane grele AG B-3: inel exterior de suspensie; 2 - inel interior de suspensie ; 3 şi 4 · limitatoare; 5 - buton de reglare; 6 - ştift de blocare; 1 - steguleţ de avertizare (blenker) ; .S . şi 9 - tamburi; 10 - bandă flexibilă; 11 - lîmita.tor pe irielul interior de suspensie; .ST __; selsine trâhsiniţătoare; SR --:-. sel'sine receptoare.; VK ,_;.. întrerupător giroseopic de . corecţie;. MG ·;.,..:. motor-gener~.:. tor de acţionare a tamP.tJ.rulp.i; A ~ .. <;mplifi<:atoare; ~ motor de ac. .,,_: : · ţtomiie a·stegulceţul~i. ·<.

1 -

g

~------+-------~~-+_.~~~~~--~--or~OOHz r----t---t--:--+---:---+-H-+-----.,".,.t-1-+++-+--...,..c spre 1/1<-531?8

• +-27V

-27V

Fig. 13.29. Schema electrică a giroorizontului AGB-3: gîromotoir ; 2 - motor de .corecţie transversală; 3 - motor de coirecţie longitudinală; 4, 5 - .comutatoir !tubular de .corecţie; 6, 7 şi .S - selisine; 9 - motor de ac~ ţionare a steguleţului; 10 - motor-generator de acţionare a tamburilor; 11 - amplifi,cator; 22, 23 - relee avind cont·a;ctele 24, 25.

1 -

1

L.

1

rul unui sistem de urmar1re format din selsinul-transmiţător ST9 , selsinul-receptor. SRo , amplificatorul cu semiconductori A şi motorul-generator lVIG. Rotorul selsinului.;..transmiţător de tangaj; ST_9, se roteşte faţă de stator cu un unghi egal cu unghiul de tangaj~ Înfăşurarea statorică a selsinului ST o este legată cu înfăşurarea statorică a selsinului receptor SRe . Dacă rotorul acestui selsin nu ocupă o poziţie analoagă rotorului din selsinul ST e , rezultă un semnal electric de discordantă care se amplifică şi apoi se- aplică motoril1ui generator ·Ma.· Acesta pun'e -în miş care, prin intermediul unui angrenaj, scala de tangaj formată dintr-o bandă de material suplu s:are se înfăşoară pe doLtamburj 8 şi 9. Pe acest material:sînţ trasate divizil]_nile ~itire a unghiurilor de tahgaj. Sistemul de urmărire folosit aici. permite să se elimite inadvertenta legată de citirea unghiurilor de tangaj. Butqnul p :(situat pe partea frontală- a aparatului} din canalul 6 de tangaj rerlllite rotirea statorului selsinului-reeeptor SRa . bqcă eventual-ap&:r.dJsqordanţe, ele~ sînt eliminate de către sistemul de urmărire a~ ca:qaJuL,ui de tangaj. De m.enţionat ·că semnalele furnizate -de către selsinul~trans:r;niţător,de ţangaJ STG .şi selsinul transmitător de ruliu ST.., sînt transmise eătre alte .sisteme de bo"rd a căror fu~cţioriare necesită aceste mărimi -(pilot automat~ 'colirria:tor, vizoare de bombardament etc.). Pentru a se evita suprapunerea axei proprii de rotaţie a giroscopului cu axa fnelului exterior de suspensie la unghiuri mari de tangaj, aparatul est~ prevăzut cu limitatoarele 3 pe inelul exterior şi 11 pe inelul interior. Aeestea acţionează în momentul în care unghiurile de tangaj sînt .de 80°. Datorită interacţiunii dintre acestea se produce un

de

moment~.,qrientat după;·a~a Inelului interior de sUŞ;pensie,. C(lre. determină·· prec~si~~/girosCi,>pului

în sens transversaf Prin aceasta .3 se evită suprapunerea menţio- 2 nată, dar se produc erori în indicarea -unghiurilor de ruliu de circa 5° sau chiar mai mult dacă -~ 1 5 zborul_ cu. unghh1ri de tangaj de -~O~ :e~t-e.~ ;Pr:elungit. •. M€J.i re~, marcănixfaptul ,.că gîr~orizori tul AGB-3 :este prevăzut -CU dispozitiv de decuplare VK a corec- · ţiei transverşale în viraj precum şi- cu un sistem de semnalizare a, î:ntr~ruperii alimentării aparaşi partea din faţă a gitului cu:~nergie electrică. Dacă Fig. 13,30. Cadranul roorizontului AGB-3: aparatul. este alim,entat normal, 1 - silueta avionului; 2 - cadranul; 3 - stegu4 - buton de blocare (pornire) ; un motor ele·ctric .MS de tip leţ de avertizare; 5 - cadran de ruliu. DlD...0,5 (motor bifazat de induţţie) acţionea?ă st~guleţul de semn~Jizare .7 _din cîmpul părţii vizibile a cadranului_ (fig. 13.30). Caracteristicile.·.giroorizontului: AGB-3 sînt: timpul de pregătire 1,5 min; deriva datorată oscilaţiilor avionului - 0,5 grade/min; eroarea 22 - A19arate de bord

337

-după

viraj cu dur9iâ' de 10 minute, corecţia transversală fiind decuplată indicaţii la diviziunile de zero pe scările de ruliu şi de tangaj_ntf/depăşesc 1°, iar pentru unghiuri de peste 30° erorile pot atingevalori pînă la 2° [15, 23, 39].

.___; cel mult 3°; erorile în

-

.

-13.8.-2~ Giroorizontul pentru·arvioane aerobatice

Aceste· aparate sînt destinate aeronavelor care e~ecută zboruri acropot indica unghiuri de rulţu şi de tan:gaj pînă la 360°; totodată ele permit piloţilor să r~vină în ·zbor orizontal dacă îşi· pierd orientarea pe timpul executării unor figuri de înaltă acrobaţie. Schema cinematică de principiu a unui girborizont din această categorie (AGI-l) este prezentată in fig. 13.31. Aparatul este prevăzut cu un inel de suspensie suplimentar 3 (cadru de urmărire) care permite menţinerea poziţiei canonice. De reţinut că aparatul este realizat după schema cinematică din fig. 13.1, b, care permite să se măsoare unghiurile reale de ruliu şi de tang·aj. Dacă axa proprie de rotaţie a giroscopului este perpendiculară pe axa ·inelului .de suspens~e, poziţia este canoJ:)ică ·şi cadrul de urmărire nu se roteşte. Dacă avionul execută o, rotire în 'jurul axului său longitudinal, axa II-II a inelului exterior tinde să se apropie de axa proprie de rotaţie a giroscopului, micşorîndu-se prin aceasta stabilitatea aparatului. ln acest caz 5 6 3 1 intervine însă întrerupătorul4 cu contactele sale 5 care pune sub tensiune electromotorul 6. Prin intermediul unui angrenaj motorul6 -·.·-·-~-o',J'dt~te:~{ţrt11·'de.1lrrt,lărire_ (montat , 7 pEf\tr{sistem de'ghidaje CU_ rulmenţi) pînă la- restabilirea poziţiei canonice, în carecontactul 5 calcă pe ·o zonă izolată a întrerupătoru lui 4, tăind astfel alimentarea motorului 6 de actionare. Viteza cu care trebuie rotit cadrul de urmăoz 11 rire trebuie să •depăşească .cea V mai mare viteză du ruiiu posibilă Fig. 13.31. Schema 1Cinematică a unui gia aeronavei. Citirea unghiurilor _rooriz~mt pentru avioane acr.obaticeAGI-1: de ruliu şi de tangaj se face cu 1 - gl~ni~ă; 2.- _inel exterior de suspenaJ·utorul siluetei 7 a aeronavei, sie; 3 ....,. cadru . de-. urmărire; 4 - întrerupător; 5 - contacte;' 6 -.motorul de aeţionare a cafixă faţă de carcasa aparatului 4rului de Ul"lnârlre;·, 1 silueta avionului; $ - road,z·an sferic. şi a cadranului sferic 8 montat . _ ,. . pe nodul giroscopic. Pentru red:ucerea erorilor ::in timpul virajului, giroorizontul AGI-l este prevăzut . cu dispozitiv de întrerupere ·a corecţiei transversale dacă unghiurile de ruliu depăşesc +13°. Din această cauză erorile după executarea virajelor .nu depăşesc 3°. ~ bati ce şi

338

Schema electrică de· princ1p111 a ·giroorizontului AGI;..r reprezentată in fig. 13.32. are multe asemănări cu schema giroorizontului AGB-1. Motorul electric 1. al girescopului, oomurtatorrul pendular cu lichid 2 şi motoarele de corecţie longitudinală 3 şitransversală 4 sînt la fel ca la giroorizontul dat anterior.

J6V

tOOIIz

D

Flg.

13.32. Sch~i.~el~rică de pcl,ncipi~ a girQorlzontuiui AGJ-1:

1.- giromotor; 2 -

Con1utat<>r pendular cu lichid; 3 - motor de co,rectie longitumotor de corecţie transversală;• 5 - contacte; 6 - motorul cadrulUi de ur.mări.Te; 7 ·- :intrerupătoru:t d~ OOIIbandă a cadrului de urmărire; 8, 9 rezistenţe de· stingere a scinteilor; 10 ·13 şi 16 - rezistenţe; U - contacte; 12 - intrerupătorul corecţiei. 'trlansversale; · 14 contaetele r·e1eului cu bimeta:l; l."i - înfăşurarea de în. că'lZtre a releului 14; dinală; .4 -

Întrerupătorul corecţiei trmsversale 12 acţionează ghit1rile' de.}uli\\:odep~~se~~ v~loaP@;·<ţ~' }3(); · "Rezistenţa:

~atunefcînd cUn~ ~a~.1balast lo· ~·.are

rol~lt~~~·a'l~itii:;iturenttJ:~~·pr~jnf~urărn~cd~ comandă :ale motorului de oorecţîe ~nsvets~lă 4..·Vitef?;a •. de.precesie··realizată de canalul de corec-

E!_~ălls'Versaiă~ es:te- de 3,~~7°/min. . Datele ţehniee. ale giroorizontului AGI..;.l sînt: 1p0torul de corecţie longitudinală dezvoltă cun euplu ma;x:iril de 7 gf · cm, iar motorul de corecţie transversală un cuplu maxim de 5,5 gf · cm; electromotorul cadrului de urmă"rire este de tip DID-0,5 şi dezvoltă un cuplu maxim de 5,5 gt · cm; turaţia lui d~ mersln gol este de 13 OOOrot/min; rezistenţa înfăşurării de excitaţie. este de 70+7 Q, iar a înfăşurărilor de camandă 26_·o.±26 Q; .erorile. ap~raţului -în. zbor .rectiliniu. nl.l :Q.epăşesc 1 o; după vlraje cu înclinări de 15<: er.()rile. ating 3°, iar d11pă ex~cutarea figurilor acrobati ce pot atinge 5°; ,aparatul poate măs.ura unghiurile de ruliu şi de tangaj în orice limiţe. Gurel1tul consumat•.pe o1ază este de cel·mult 0,6 A. 22*

13.8.3. Girl!orizontulla distanţă O variantă perfecţionată de giroscop de verticală o reprezintă giroorizontul cu indicator la distanţă. El se compune -din girovertical, care măsoară unghiurile de ruliu şi cele de tangaj şi dintr.;..un indicator al orizontului artificial legate între ele printr-o transmisie la distanţă cu selsine. Conexiunea electrică între cele două părţi ale aparatului permite montajul agregatului giroscopic în orice loe pe avion, de dorit însă cît mai aproape de centrul de greutate al aeronavei. Indicatorul se montează pe tabloul de bord. Giroorizontul la distanţă AGD-1 [15, !23] se caracterizează prin următoarele particularităţi constructive:

a. Canalul transversal de corecţie se decuplează automat dacă virajele Se fac cu viteze mai mari de 011-0,3 gradejs, iar canalul de corecţie longitudinal se decuplează şi el automat dacă acceleraţia longitudinală depăşeşte valoarea de 1,67 m/s 2 • b. Se asigură perpendicularitatea dintre axa proprie de rotaţie a giroscopului şi axa inelului exterior de suspensie, utilizîndu-se în acest scop un cadru de urmărire. în felul acesta este posibilă utilizarea aparatului pentru indicarea unghiurilor de ruliu şi tangaj în timpul execută: rii oricăror evoluţii acrobatice.

c. Indicatorul furnizează indicaţii naturale ale poziţiei avionului în raport cu orizontul, fapt care uşurează adaptarea pilotului în cazul trecerii de ia zborul la vedere după orizontul natural, la zborul instrumental,- după giroorizopt şi celelalt-e:ap~i'c;ţte debqrq,. : -in fig. l:S.33 schema:- eleetrocinerriatrcă: â- -gito6Hzontt11uf:AGD~1 este asemănătoare cu cea a giroorizontului AGI-l. Axa proprie de rotaţie a giroscopului 1 se menţine orientată după verticala locului, axa inelului interior de suspensie 2 este orientată paralel cu- axa longitudinală a avionului~ axa inelului exterior de suspensie 3_ este orientată perpenditula-r pe axa proprie de r-ot~ţie cu ajutorul--cadrului de urmărire 4, al cărui ax este orientat paralel cu axa longitudin(l-lă- a --aeronavei. Perpendic:uiaritatea celor două axe menţionate . se asigură cu ajutarul unui :siste:ţn urmărito-r format din traductorul inductiv 31, amplificatorul .5 şi motorul:gehera,.. tor 6 (qe Jip DG-1). Unele detalii constructiv-e se pot vedea în! secţiunea prin_ag_reg§itul giroscopic prezentată in fig. 13.34. _Indicatorul giroorizontului reprezentat în fig. 13.33 şi 13.36 ~onţine două sist~ll1-~ .t!-Ţrnăritoare: unul pentru canalul de jndicare al unghiurilor de tangaj :e-ar~- rote_şte. cadranul cilindric 16 pe care sînt imprimate gradaţiile scării de fangajl8 pînă la unghiuri. de 145°, şi altul pentru canahil de indicare al unghiurilor de ruliu care -roteşte silueta 17 a aviDnului. Pe cadranul de tangaj 18 sînt trasate diviziuni din 5 în 5 grade, iar din 10 în 10 grade sînt înscrise cifrele care permit citirea directă .a

+

340

unghiurilor de -fangaj." Pe cadranul19, de ruliu, avînd formă inelară, sînt trasate_ divizi:ani tot din 5 în 5 grade, dar unghiurile sînt înscrise prin cifre din 15-în15 grade. Canalul de ·corectie- transversală este- format din contactele 8 ale comutatorului pendular' -cu electrolit 9 şi- din -motorul asincron -bifazat re-

7

!O

3

1

2

Fig. 13;33. Schema eledrpcinematicij_- a -

- 'AGD:...l:

12

15

unui - giroorlzont la: distanţă

giromotor; 2 - in:ei in:terior de suspensie; 3 - inel exterior de suspensie; cadru de U['lllări.re; 5, 22, 27 - amplificatoare; 6, 23, 28 - motoare-generatoare; 7 - comutato.r; 8, 11 · - contacte; 9 - comutator peilldullar cu lichid; 10 motor de corecţie transversală; 12 - motor de corecţie · longitudinală; 13 - î:Illtrerupă~oruil cm·ecţiei IongttudinaLe; :14- - s·elsin transmiţător de tangaj; 15 - selsin transmiţător de ruliu; 16 - cadran de tangaj; 17 - silueta avionului; 18 - soară de tang1aj; 11.9 - scară de ruliu; _20 - index;_ 21 \- selsin r~ep tor de tangaj ; 24 · - angrenaj ; 25 - •comutato'r; 26 . ...- sel:sin ,rec·eptor de ruliu; 29 - angrenaj; 30 - .buton de· regl:are; 31 - tr.aductor inductiv.

1 4 -

.

-

versibil de corecţie 10. Be JirripuJ;";virajelor<;i€durată mai mare de 7-10 secunde şi cu viteză unghiulară de peste 0,1-0,3 grade/s canalul de corecţie transversală este decuplat de către întrerupătorul giroscopic de corecţie VK-53 RB. Canalul longitudinal· de corecţie ..este format din contactele 11 ale comuta1:orului pendular -'9 şi motorul asincron bifazat re:versibil de corecţie 12. Dacă avionul evoluează cu acceleraţii longitudinale maî mari de 1,67 rri/s 2 , canalul longitudinal de corecţie se decuplează cu ajutorul întrerupătorului cu electrolit 13 prevăzut cu doi ,electrozi şi o carneră cu electrolit avînd la mijloc un spaţiu cu :aer~ ,Dacă avionul se accelerează cu 1,67 m/s2 , unul dintre electrozi este acoperit de către spaţiul de~aer şi se întrerupe astfel circuitul de corecţie. Dacă avionul se frînează; aşa cum este cazul aterizării, întreruperea corecţiei se realizează la acceleraţii de 1,05 m/s 2 ; Pentru aducerea rapidă a giroarizontului în poziţia normală de funcţionare, aparatul este prevăzut cu, un mecanism de pornire, avînd

341 •

schema cinematică prezentată în fig~ 13.35. La pornire giroscopul poate ocupa orice poziţie,_· iar readucerea lui în poziţie canonică cu ajutorul sistemului de corecţie ar dura foarte mult sau ar putea fi chiar imposibilă~ Pro_~e$ul de pornire ·are loc în cazul în care giromotorul se găseşte în mişg(lre de rotaţie, deci cînd intervine precesia. Desigur este posibilă

Fig. 13.34.

Secţiune

prin .giroagregatul AGD-1:

1 · - giromoto.r; z ....- comutator; 3 ·- motor. de· (}Qf:ecţie 1iransversală; 4 - inel de suspensie; 5 - motor de .corecţie longitudinală; 6 - selsih · trailSilhiţăto'r de ruliu; 7 f-- caX~casă; 8 1- intr.erupă1;0r limi:tator. de cursă; 9 tijă; 10 -'- comutatoc; 11 s.el:sin tnansmîţător de tangaj; 12, 13 ~. carne; 14 -- pivot; 15 - 'cadru de llli'măirire; i6 .- are de acţionare; 17 - a'tc de .revenire; t& .. ..,... ghidaj; 19 - reductorul dispozitivtilui de blocare; 20 - motorul dispozitivului; 2ţ -- trl!anŞon; 22 ·.-- amo.rtizor; 23 amplificator; 24 - motor genemtor; 25 - 'reductor; - · · · · .· · •· · ·• 26 - camă; 27 - traductor inductiv; 28 · - camă.

readucei"ea inelelor de suspensie în poziţie canonică şi dacă giroscopul nu se roteşte,>caz in eare,rotireainelelor de suspensie în jurul axelor se pro...;. duce în mod obişnuit, fără precesie~' Datorită acestui fapt durata procesului· se scurtează simţitor. Sistemul urmăritor al ·,canalului .de tangaj este format din.· selsinul receptor 21, amplificatorul22, grupul motor~generator ,23 de. tip DG-0,5

342

•

~i reductorul24 care asigură legătura cinematică a motorului 23 pe de-o _parte cu rotorul-selsinului-receptor, iar pej de altă parte cu cadranul 16. La variaţia unghiului de .tangaj al aeronavei, fluxul magnetic rezultant _produs de înfăşurarea statorică a selsinului-receptor Se\ roteşte cu valoa:rea acestui unghi, ceea ce determină apariţia în înfăşurarea rotorică a

/~

cinematică

Fig. r13. 35. Schema 1 -

a mecanismului de pornire:

l}lotor,;eLectric; 2 -~reducţOI\; 3 .,.... .bolţ.; 4· -.,.. -b~cşă Ilie ghida:!; 5 -

'-·Ei

tijă; 6 .~ rolă;

7 ...- c.amă; .6 .,...,. cadru urmăril'e; 9 ~ tjjţ; ·10 - B(rc; 11 - pit!fSă profiLată; 1<2 ...,.. camă; :13 - ştift; 14 .;;... ccamă: is ~ iner -~erior de ~~nsie-; 16 - tijă; 11 - camă; JB ...;: inel in-

terior de

--

'-

--

'

sttspensi~; -

-

are

19 -

-

.readucător; .

20 -

are ·spira1. -

-

::selsinuluf'receptor a unei tensiuni electromotoare. După amplificare, ·aceasta se aplică la intrarea motorului 23 care va roti indusul selsinului:receptor _cu un unghi egal cu unghiul de tangaj pînă la anular~a semnalului de intrare, deci pînă.)a eliminarea discordantei. Concomitent motorul 23 roteste cadraniîl.ţ(L :RiJIJi>rtu(d_e· trGU1sii1isie ae--la· lacadran este. de 1,7 or! n1ai mare ca raportul de transmisie de la motor .la· rotorul selsinului-receptor 21. Din·· acest . motiv ·unghiul de rotaţie al caduanului cilindric 16 este de 1,7 ori mai mare decît unghiul real de tangaj caLavionului; Se realizează astfel o creştere a preciziei de citire_aur;tghiu:rilor de tangaj. Butonul (crew.a1iera) 30 situat pe, partea _frontală aindi·catomJ.ui permite rotirea IJ1anuală Ci rot,Qrului · selsinului~re·ceptor de -tangaj... T6t.odată se roteşte :Şicadranul 16 de tangaj, Acest Fig. 13.36 . Partea din faţă hqton se folos~te de către pilot pentru adua indicatorului AGD--1: cerea la 'Zero a indicaţiilor de tangaj. Canalul 1 - silueta avionului; 2 · · cadran; 3 - buton de pornir~; urmărit-or de ruliu format din selsinul-recep4 -- bec de semnalizare.

m.otor

343

tor 26 (fig. ,J3.33), amplificatorul 27, grupul motor.,..generator 28 şi reductorul 29, este :analog canalului urmăritor de tangaj. Acest canal asigură rotirea- "Sihietei avionului pentru indicarea unghiurilor· de ruliu. Cîteva date tehnice. ale giroorizonturilor sînt prezentate în tabelul 13.L-: · Tabelul 13.1

Datele tehnice principale ale giroorizonturilor caracteristicile giroorizonturilor şi ale aparatelor asoeiate 1.

AGB-1

AGB-3

AGR-144

AGI-1

AGD

36±3,6

36±3,6

36±3,6

36±3,6 27V

Tensiuni de alimentare; - c.a. 400 Hz; - c.c.

36±3,6

Unghiurile âe lucru: - ruUu; - tangaj .·

+soo ±60°

360° .±80°

360° 360°;

.·~609 360°

Erorile de indicare: - ruliu; - tangaj

±10 ±10

+10 ±20

±1,5° ±2,5°

+10 ±10

Erori Q.upă viraj de ,15 min•

Cel mult

Cel mult ±30

Cel muit ±60

Durata de ihtrare t:ri

t~gim "de1ucrâ~'-rtîiîl.

27V ·.

±so

±0,25° ±0,2°

•

Cel mult ±50 .

',·

3

1,_5

1"

:.':/

;'2

'6

2

2 'f'

.

Masa aparatului, kg

360° 360°

4,2

Deplasarea -ac1Uui indicatorului de viraj la viteze de 6°/s.

4,5

2,6

9,6

~

7,5°±2°

13.8.4. Giroorizontul combinat Pe unel'e avioane de pasageri se utilizează un giroorizont combinat cu indicatorul de viraj şi glisadă (fig. 13.37). Sistemul de corecţie est~ analog celui întîlnit la giroorizontul AGB-3. Aparatul repre?:intă o variantă ·constructivă evoluată. Este prevăzut cu cadru de urmărire, c~ea ce permit~ să fie utilizat la unghiuri de ruliu nelimitate. Angrenajul format din roţile dinţate 5, 6,, 7 şi 8 permite să se acţioneze astfel cadranul sferic 9 încît este înlăturată inadvertenţa existentă la giroorizontul AGI-1 ·(semisfera superioară reprezenta pămîntul, ·iar cea inferioară - cerul).

344

7

g

10

11

12

Fig. 13.37. Schema cinematică a unui giroorizont combinat AGR-:-144: 1 _: ihdicatolr ~ctJ gliS1ldă; 2 ~ cadran de ruliu; 3 ....;. silueta avionului; 4 ;_ acul .. indicator de ViraJ; 5, ts, · 7, 8 - roţi dinţate; 9 - cadran- sferic de tangaj; 10 -.cadru de ·urmărire; 11 -:- · tâh-ogenerator; 12 - ·are; 13 - amortizoc; 14 - girorrfotorul indicaterUlui de vi'l1aj ; 15 - manivelă; 16 - motor electric; 17 - motor de corecţie longitudinală; 18 inel exterior de suspensie; 19 - motor. de corecţie trans:versală; 20 COtnutatoare pendu1ar·e monoaxiale cu liehid; 21 - inel exterior de suspensie; 22 - giromotor; 23 - tmductor inductiv; 24 - indexul indicatorului de ruliu.

De data aceasta pe timpul ca..,.. silueta .se proie:ctează pe .. semisfera •. -_s:tţperioară, ca;re fiind ·colorată în gri-bleu, oferă indicaţii conforme cu realitatea. Aspectul exterior al aparatu~ui se poate vedea în fig. 13.38, iar cîteva date tehnice în tabelul 13.1.

.brşjului

Fig. 13.38: Partea·

diiî

fată a giro-

orizontuiui AGR-144:

1 - indicator de glisadă;_ 2 . .;_- cadran de· ruliu; 3 - . silueta avionului; 4 - acul indicator de viraj ; 9 . - cad.ran Sferic de tangaj; 24. - .. indexul : inc1icatQrului ruliu; 25 ;_ buton de accelerare a pornirii; 26 semnalizator de defectare; 27 -

cremalieră.

345

APARATE GIROSCOPICE DE DIRECTIE

14.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

Una- din informaţiile -fundamentale pentru navigaţia aeriană o reprezintă direcţia de zbor. Au. fost definite noţiunile de cap adevărat CA, cap magnetic CM şi cap compas CC. Dacă direcţia de referinţă este tangentă. direcţie se numeşte· cap ortodromic. Toate tiptirile de aparate pentru măsurarea direcţiei de zbor, cu ex-cepţia girosemicompasvlui, au sensibilitate faţă de un anumit ,,pol" sau sursă_ de radiaţii, motiv pelttru Cai'~ fa~ parte din clasa compasurilor propriu-~se~·:ÎJ:l s$(!himb._ gir-osoop~.asţaticrapit;l:oi:lll''·.:posed~() asem~nea sensi-: bilitate, "{)iientarelf~~rxeFlui cpt1ncipate· de rotaţfe•fimtlin*'ariabilă in spaţiu .. Din acest motiv aparatul giroscopic de direcţie cu axa proprie orizontală face parte.din clasa. girosemicompasurilor. Dacă se face navigaţie cu cap ~onstant, 41=-const, traiectul descris de aeronavă pe sferă este o loxo:. dramă. Navigaţia-pe orice alt traiect presupune· zborul- cu ·unghi de cap variabil după-o anumită lege care, în general, se formează cu ajutorul unui bloc de calcul asociat de pildă la compasul magnetic .. Compasul magnetic simplu permite zborul după loxodromă, motiv pentru· ca:re poate fi considerat indicator loxodromic. Se numeşte girocompas sau girobusolă un giroscop cu două grade de libert~te, cu axa proprie de rotaţie în poziţie orizontală şi avînd centrul de greutate deplasat în jos faţă de punctul de suspensie. Aceste aparate giroscopice se utilizează la bordul navelor lente sau care evoluează cu viteză constanţă,,-aşa cum este cazul_vapoarelor, submarinelor etc. Girocompasurile sin-t irnpro_prii pentru eehiparea avioanelor datorită faptului -că dau informaţii eu_atît mai. imprecise, cu cît viteza şi acceJeraţiile sînt mai mari.

(în sensul de zbor) la traiectul o:rtodromic; unghiul de

3.46

1

14~2.

GmOSEMICOMPASURI DE AVIAŢIE

14.2.1. Principiul de funcţionare a girosemicompasului Componenta wz; a vitezei absolute de rotaţie a triedrului orizontalloverticala locului Ot are expresia:

cal-OEll~ după

v- - . . (p sin -

Cl>r; - _: tg R

~+Q sin
(14.1)

Componenta aceleiaşi viteze după axa verticală 0~ 1 a triedrului orizontal0t1'r)it,1 legat de traiect (axa 0Yh ,tangentă la traiect) are forma:

(14.2) în care p ·este raza de curbură a traiectuluL . Dacăse zboară pe loxodromă, cll=const, iar ~=0, ceea ce înseamnă că $=
-(1),

(.t)t1

=

..!. tg R -

~+Q sin

c:p.

(14.3)

În-b;a~~h~ă.;ş~~ z}:)oară pe ortodromă, raza de. curbură· devine p=•oo şi

deci din ·tt4:2) reztilt~

.

' (l)t;t_==~Q

sin
''(14.4)

Din relaţia (14.3) se observă că dacă aeronava zboară pe loxodromă, planul meridianului locului se roteşte Jn jurul verticalei cu o viteză unghiulară care depinde atît de Q şi
rc.Og • ' - :

tg

~~Q

sin

(14.5)

Dacă însă

aeronava execută un traiect ortodromic, planul meridianului se tQteşte faţă de axa verticală 0~1 a triedrului oel 'htl cu viteza (14.4} car~ ·a~pind,e numai de Q şi
sin

(14.6)

Plecînd·dela constatările.de.mai înainte se pot imagina două scheme dnematice de principiu pentru giroscoapele de âirecţie (fig. ·14.1 şi 14.2). 347

j 1

In ambele cazuri giroscopul este de tip astatic rapid avînd

configuraţia

inelelor de suspensie din fig. 14.3. Dar pentru a se menţine această configuraţie, aparatul este prevăzut cu două sisteme de corecţie: unul pentru menţinerea axei proprii de rotaţie (a vectorului K) în plan orizontal numit canal de corecţie orizontală şi altul pentru menţinerea giroscopului în t;

Fig. 14.1. Girosemicompas cu corecţie după cadru.

Fig. 14.2. Girosemicompas cu corecţie după pendul.

Fig. 14.3. Dispozitivul de compensare a rotatiei meridianului in · aziniut.

planul meridianului numit canal de corecţie în azimut. Primul canal este c.u }lolJ. elem,~pţ~_şerţgţJ)iţşicu 1JP. ID()tor de ~orecţie care aplică un mom_.~~tde' GbrecţieJtupă a:Xa'inelului i:nteri~T:- de-_suspe~~t~~ , ~~.· _ In cazul schemei din fig. 14.1, corecţia poziţiei vectorulUi K se face "după cadru", adică folosind un traductor care emite un semnal de comandă dacă axa proprie de rotaţie a giroscopului deviază de la direcţia ·perpendiculară pe planul inelului exterior de suspensie. Desigur, vectorul ·K!' de data aceasta, se poate menţine în planul orizontal numai dacă axa inelului exterior de suspensie este verticală. Dar poziţia acesteia este condiţionată de evoluţiile·executatede aeronavă. În cazul schemei din fig. 14.2 corecţia poziţiei vectorului K faţă· de planul orizontal se face "după pendul"; independent de pozitia axei inelului exterior. De data aceasta vectorul K se _menţine deci î~ planul orizontal datorită unui comutator pendular montat subgirocameră, deci pe inelul i_nterior de suspensie. În ambele cazuri_ caracteristica de corecţie poate fi proporţională, de tip releu, sau mixtă, iar reprezentările din fig. 14.1 şi 14.2 ale acestui canal de corecţie sînt mult simplificate. Cel de-al doilea canal de corecţie este menit să compenseze abaterea relativă a giroscopului faţă de meridian dată de relaţiile (14.5) şi (14.6), ceea ce se poate asigura prin rotirea lui în, jurul axei inelului exterior. cu vitezele unghiulare date de formulele (14.3) sau (14.4). Semnalul de comandă al canalului de corecţie în azimut se formează prevă~'Ut

348

după' relaţiile (14.3) sau (14.4). Se contează că vectorul K este- constant, iar motorul de corecţie are caracteristici stabile. De regulă, giroscoapele astatice utilizate în aparatele de t:lirecţie- sînt libere în azimut, adică vectorul K. poate ocupa orice orientare în planul orizontal, sistemul,de corecţie neacţioriind asupra inelului interior de suspensie. Giroscopul are doar rol de stabilizator în direcţie. Compensarea rotaţiei aparente a axei giroscopului faţă de planul meridianului se asigură rotind cadranul sistemului de indicare a capului cu vitezele unghiuIare (14.3) sau (14.4). Capul 4J se citeşte cu un ac indicator (fig. 14.3) montat pe axa inelului exterior de suspensie şi cu un cadran. Semnalul de corecţie în azimut se introduce prin intermediul unui motor electric şi a unui reductor care asigură rotirea cadranul11i cu vitezele menţionate. Modelul giroscopic al indicatorului ortodromic se numeşte de regulă giroscop de direcţie sau giroscop de azimut· sau, mai frecvent, girosemicompas. Modelul giroscopic al indicatorului lo:xodromic se numeşte giroscop de curs şi prezintă avantajul că indiCă permanent capul geografic (adevărat) indiferent de forma traiectului de zbor, aşa 'CUm este cazul girocompasului. Aparatul giroscopic cunoscut în aviaţie sub denumirea de girodirecţional reprezintă un giroscop ·cte direcţie fără nici un sistem de' corecţie.

14.2 .2. Girosemicompas cu corecţie . în mişcare pe ortodromă

după

cadru

Se consideră giroscopuLde ditecţt~_,sdin îig:: 14.+ montat pe o aeronavă care zboară utilfQrm pe o traiectorie· ortQdrotnică. În situaţia aceasta axa inelului exterior de suspensie se menţine verticală. Este comod să se studieze această proble,mă considerînd\triedul 1 , "h, t, 1 legat de traiectoria ortodromică, axa 0'( 1 fiind verticală, 'ar axa 0"Yh tangentă la traiectorie în sensul de mişcare .. Mişcarea vectorului K înraport cu acest triedru se face cu ajutorul unghiurilor fl şi -~ reprezentate înJig. 14.4 în care în locul triedrului OcYJs· se va substituf-·noul triedru cu modificările de rigoare privind pe V şi 4J. ·· · · ' ' .· . Presupunînd pe ~şi ~de valori oarecari proiecţiile vitezei unghiulare a triedului .Q,l'f· YJh t, 1 -în raport cu axele Ox şi Oy au expresiile:

0,

P=i(J)x=(ct+{\)t:l) cos q-:-;(t)y

~+(1)~;1

-,~+(t)~;i

sin cx sin r(t)ni cos cx

cos cx·+(t)nl sin

sin~;

~

Aplicînd acum ecuaţiilede precesTe (13.35) rezultă: {

K. {~cos K cos ~

~:(!)t:t cos :~+Wt;t.Sin.

cx sin ~-(t)nleos (~+(1)1;1 cos cx+ (t)nl sin cx)=Mt:h

~

sin

~)=-My;

(14.7)

unde ultima ecuaţie s-a obţinut considerînd proiecţia vectorului K pe planul orizontal 0~ 1 Y) 1 şi corespunzător luîndu-se în lo~_ul lui Mx proiecţia acestuia, Mc L=Mx cos ~ aplkată de motorul de corecţie orizontală~ 349

1

Din sistemul de ~sub forma:

ecuaţii

(14.7) se

obţin

expresiile pentru vitezele cx

~. ~:~.".·P ~(o)usin "'tg.~+~• cos"' tg 13--(o)c•;

1

şi

(14:8)

~= - - -(l)!;tCOS
Fii. ·14.4. Orientarea inelelor de suspensie ale girosemicompasului: TC -

tr~m.smiţător

pentru

diTecţia

de zbor.

Proiecţiile (l)l;h (011 1, ro~h ale vitezeiunghiulare deplasării pe ortodromă au expresiile (v. eap.l3):

(OI! t=-Q

care se 350

obţin

41- .!. ; R

cos cp. sin

(0111 ..:_;Q

cos cp cos $;

(U~t =Q

sin cp ='(1)2,

considerînd raza de

curbură

de transport în cazul

p=oo.

(14.9)

--

---------------~-~---=

Momentele dfu expresiile_ (14.8) sînt create de .cele două motoare de corecţie. Presupunind că sistemul .de corecţie· orizontală are caracteristică liniară ideală, momentele .1\{y şi Mct· trebuie să aibă valori ce rezultă din expresiile: _

Mg

- K

Corespuniător relaţiilor

(14.9) se. introduc

.· * (r)~l goc=--=

~t .

(14.10)

sin cp;

=
(r)111

notaţiile:

R!J..cos t:p sin~+ V •

.

R .Q cos t:p cos ~

,

2 . = _!.. y R 2 Q2 • cos 2 cp + 2R Q V cos cp sin $ + V 2 ffha= VCJl~~1 +
(14.12) unde «* este unghiul.·format ·de vectorul (;)"cu axa· 0l) 1 a triedrului 0Eh Yl:r,- t 11 -iar Wb reprezintă;}cornponenta 'orizontală ·a. vitezei unghiuiare de rotaţie a triedrului ortoâroniie O~i,c·~:h' ta. Desigur, dacă V::::O, roh=l(l)l· Substituind· (14.10), ·(14~11) şi (14;T2)' în (14.8) se obţine~

(14.13) •

tJ=- -e:~ .\R

c~~

• ( , *) . --(!) h s1n (l-ot

•.

:Parteă. d~ea pt~ .a .ceJoF doUă relaţib(14~13) se

anulează

simultan .pentru''~ şi oc=iot=F,sau ot= Aceste valorţ ale unghiurilor
*.

*

·se

~=--

(r)h

e:

sin (ot-ot*),

(14.14) 351

. i

l

:relaţie ce exprimă aproximativ mişcarea forţată , a giroscopului cu unghiul ~faţă de planul orizontal. , Cu această •precizare prima expresie din (14.13) devine:

•

cui

tt=--

e

sin {il----il*) cos

(iX-il~)

-

(14.15)

şi arată că vectorul K se roteşte astfel încît să ajungă pe drumul cel mai scurt în una din poziţiile de echilibru (fig. 14.5). Viteza maximă de preeesie a giroscopului în azimut se obţine pentru următoarele valori: IX-il*= =i45; '135; 225; 315° şi are expresia: •

(U~

1\X~I=2e

·

(14.16)

In cazul aparatelor prevăzute cu dispozitiv de pornire (de blocare), axa giroscopului poate fi adusă iniţial în poziţia paralelă cu axa longitudinală a .aeFonavei (sau. cu cea transversală). În alte cazuri, axa giroscopului poate ocupa o poziţie oarecare în azimut. De data aceasta printr-un mijloc oarecare se consemnează indicaţia iniţiaJă a aparatului pe cadranul aparatului şi se memorează această_ indiţ::aţie·pe toată durata zborului pe ortodroma impusă. Dar în ambele cazuri menţionate, poziţia iniţială a axei giroscopului în general nu coincide cu poziţia de echilibru, fapt pentru care giroscopul va executa o. mişcare de precesie în azimut. Din cauza acesteia se produc erori în indicaţiile apc!ratului. Pentru a se obţine o micşorare a vitezei de precesie il (v. formula 14.15) este necesar să se mărească viteza relativă de corecţie e:. Dacă '€ devine infinit, precesia ~ se anulează. Acest caz limită se obtine dacă sistemul de corectie ori;.. zontală are caracteristică de tip releu. 'în co_nsecinţă, dacă motorul, din canalul :de corecţie .orizo:o.tală este:~cornandat .hl:l~de pot~nţiometru,; ci de un dispozitiv de comutare cu trei contacte, cea de a doua formulă din (14.10} se· poate scrie sub forma: pentru \3 >O; pentru ~=0; pentru ~
(14.17)

unde ffic este viteza de corecţie constantă d?torată momentului aplicat de · motorul montat pe axa inelului exterior de suspensie .. Unghiul ~ se consideră pozitiv dacă vectorul K este ridicat deasupra planului orizontal şi negativ dacă este sub acest plan. Îp schimb unghiul il se consideră .pozitiv dacă vectorul K este deviat la stînga faţă de planul meridianului ş1' n~gativ dacă acest vector este deviat la dreapta faţă de acelaşi plan. Cu. aceste precizări şi considerînd unghiul fj mic, ultima ecuaţie asistemului (14.13) devine: ~= =F Wo_:Wh

sin (iX-il*),

(14.18)

semnul minus luîndu-se pentru ()>O.

352

•

, )

Aparatutfuncţionea;ză corect dacă viteza de corecţie roc depăşeşte valoarea maximă posibilă a ccomponentei oriZontale (J)h a vitezei de r{)taţie a triedrului ortodro:rpic 0E1 , T)h ~ 1 • l.ntr-adevăr din (14.18) se vede că pentru-orice valori _iniţiale 130 >0 sau {30 <0 după un timp finit, axa giroscopulqi este adusă: în· plan orizontal. Este de menţionat faptul că, în cazul sistemului qe_ cor~cţie cu caracteristică de tip releu, axa -giroscopului nu se menţine)n plan qrizontal, ci oscilează în jurul poziţiei ~=0. Dar valorile medii alemărimilor Bşi·-~ sînt egale cu zero.

14.2.3.- Girosemicompas cu pe· ortodromă

corecţie pendulară

în

mişcare

Se consideră girosemicq:.npasul reprezentat prin schema din fig. 14.2 se presupune ~ă axa ineluhti ·exterior de suspensie se menţine în poziţie verticală.~·OrieP.tarea ve_ctoruhd K faţă de triedrul ortodromic 0~ 17 "Y} 17 ~ 1 este precizată prin unghiurile ot şi ~. Unghiul ~- determină deviaţia vectorului K faţă de planul 0E1 "Y} 1 care coincide cu planul orizontal local O~"Y}. Spre deosebire de girosemicompasul cu corecţie după cadru, momentul de corecţie ocizontală nu mai este determinat de unghiul ~' ci de unghiul de abatere a axei giroscopului faţă de planul orizontal aparent definit ca plan perpendicular pe direcţia verticalelor aparente. Presupunînd că aeronava se deplasează uniform pe ortodromă,. asupra corectorului pendular acţionează acceleraţia Coriolis: şi

Acceleraţia

Coriolis la

[t~; 1 =-2Q

.v ·sin

navigaţia

în semisfera

(14.19)

cp. nordică

a

Pămîntului

orientată transversal faţă de ortodromă şi spre stînga în raport cu direcţia de deplasare. Ea determină deviaţia verticalei aparente faţă de verticala reală cu un unghi exprimat prin relaţia:

este

x

tg x~x=ac_I/U~l·

(14.20)

Neglijînd în· expresia :acceleraţiei după âxa verticală toţi termenii în afară de g, deci scriind că a,l =g, din (14.19) şi (14.20) rezultă că verticala aparentă deviază spre stînga faţă de verticala reală cu unghiul x dat de relaţia: tgx~x=2QV

sin cpjg.

(14.21)

Unghiul x este foarte mic, ceea ce justifică egalarea tangentei cu arcul. Intr:..adevăr, pentru cp=60°, V=~RQ=1 672 kmjoră se obţine x= =20,5 minute de arc sau X=5,96 ·10-3 radiani. Planul orizontului aparent este rotit deci cu unghiul x în jurul tangentei la ortodromă (axa 0"Y} 1). Pendulul de corecţie orizontală se montează astfel ca planul său de oscilaţie să conţină perpendiculara la planul orizontal aparent. Pţanul de oscilaţie a pendulului trece prin axa Ot. 1 a inelului exterior de suspensie şi axa proprie de rotaţie Oz a giroscopului (v. fig. 14.2). In această situaţie 23 - Aparate de bord

353

semnul şi mărimea momentului de corecţie depind de unghiul de înclinare a axei giroscopului Oz, faţă de linia Ozk de. intersecţie a planului orizontal aparent cu planul de oscilaţie. a pendulului (fig. 14.6). ln fig;. 14.6 s-a reprezentat triedrul OX1y 1z1 legat de axele sistemului cardanic de suspensie, precum şi triedrul ortodromic o Et T)l l.t- Axele Ett Y)t, xl, Zu se găsesc în' planul orizontal adevă rat (cel haşurat) iar axele ?k, z1, z, t. 1 se găsesc într-un plan vertical şi anume în planul de. oscilaţie a pendululuî. Axa z1 este proiecţia axei Zk pe planul orizontal. Pentru ~k> O· axa zk trebuie să se gă sească deasupra planului orizontal. Pe fig. 14.6, este reprezentat cazul ~k
·

(14.22)

sau, considerînd unghiurHe ·~ şi X mici, ~k ~

(14.23)

-x sin et,

unde s-a introdus si regula semnelor stabilită anterior pentru unghiurile ~k· • Cu aceste precizări reZ\:j.ltă că ·~omentulde c~r-e~ţie Mt:I nu este dat de cea de· a~ oua fotmulă':tliil"{r:~t10)~ ci de :relaţia:' (14.24)

.Mt,;I

~ =~((3-~k).

Dacă ţine seama de (14.21) şi· (14.23) unghiul ~k se poate exprima cu

formula:

· 20V sin cp

[1-k=- - - g

•

(14.25)

Sln et.

Se procedează acum ca şi în paragraful precedent, cu deosebirea că în formulele (14.13) ... (14.15), (14.17) şi (14.18) în locul lui ~· se consideră ·~~k· Astfel în cazul caracteristicii Jiniare de corecţie relaţiile (14.14) şi (14.15) devin: (14.26) (·-

(14.27) 354

Dacăse·ţine

·. •

(l)t

· ·

·

.

«.=-2 sin (cx-cx*) cos .

e:

lui-~k relaţia

seama de expresia (14.25) a

.·

.

(cx~cx.*)~

20 V sin cx.

.

.

g

·

Cl>h

(14.27) devine: .

sin cx cos (cx-oc.*).

(14.28)

Considerînd că· aparatul are sistem· de corecţie orizontală cu caracteristica de. tip releu formulele de calcul pentru ~ şi ~ se obţin din (14.26) şi (14.28) lliîrid pe s. oo~ în consecinţă rezultă ~=;f3k, iar • ..

·
.

2fiV sin

·.

• . . ( "') sin tt cos cx-cx"" .

(14.29)

Deci spre deosebire de rezultatele obţinute în cazul precedent, în re(14.26)-.(14.29) apar termeni suplimentari care depind de {3k, deci de prezenţa· elementului pendular de corecţie orizontală. Datorită corecţiei pendulare se me~nţine o pre~esie ~ în azimut a gir-os·copului, în funcţie de ungpî11l. ·~. c_hi~t .şi ~Il c!iizul cpracteristicii de corecţie ·de tip releu (14.29) Partea dreaptă_·aacestel formule se anulează pentru următoarele valori ale Iuf cx: ·CX::1=0,· 2 · 180°, cx;1 ·90'0+cx*, ~;2=·270°+icx*. In toate aceste cazuri ~_:o, iar axa proprie de rotaţie a giroscopului se gă seşte în· poziţie de echilibru static. Corespunzător primelor două cazuri, poziţia de-echilibru coincide cu axa 07) 17 adică cu tangenta la ortodromă, iar în ultimele două cazuri poziţia de echilibru coincide cu perpendiculara dţ~să.. in planul orizontal la vectorul 'b>h (fig. 14.7). Stabilitatea poziţiilor de echilipru depinde de semnul membrului drept al relaţiei (14.29) în sectoarele limitate de liniile de echilibru. Studiul stabilităţii se poate face scriind ecuaţia (14.29) în creşteri, în care se ia
oc:

1

• 20 V sin

derivare

1

dcx

g

această relaţie capătă

•. 20V sin qi 0\X=;---. g .

. ··.• . (J)h

forma:

. .• . '

.·

~

1

[cos (2rl-cx*)]ocx

a=a;j

*•

a=aij

(14.30)

P~ntru primele două poziţii de :echilibru cx;1 =0 şi cx 72=180° astfel că din (14.30) se obţine: •

oet=.-

20V sin cp g

..

OOh

cos at*Scx,

(14.31)

iar pentru ultimile două cazuri Ot;1=?90°+.cx* şi
rezultă:

•

8 cx=

20V sin cp g

(i)h

cos cx*8 cx.

(14.32)

In emisfera nordică, dacă cos oc.*>O, din (14~31) se vede că 8~ şi 8at au semne opuse, iar în cazul relaţiei (14.32) creşterile 8 cx şi 8 cx au 23*

355

acelaşi semn. Aceasta mseamnă că âxa 01i 1 reprezintă o- linie de echi libru, iar perpendiculara pe vectorul @hreprezintă o linie pentru care poziţia axei giroscopului este instabilă. Pe fig. 14.7 este reprezentată- tocmai această situaţie, care arată că dacă cos a*>O, axa giroscopului tinde să se suprapl.lflă peste linia 01) 1 aşa cum este· indicat cu săgeţi îngroşate. . Considerînd acum cazul cos a*

R

2.0V sin cp g

•

(l) h Sln2

De data aceasta viteza de precesie a giroscopu;.... lui în azimut nu-şi modifică semnul în funcţie de ~, giroscopul rotindu-se în acelaşi sens. Precesia giro:.. scopului examinată aici poate fi considerată ca o ·eroare metodică a giroscopului···de· direcţie. În cazul Fig. 14.7. Poziţiile giroscopului de direcţie cu corecţie orizontală după stabile ale axei pr.o- pendul,- viteza maximă de precesie se obţine din prii- de rotaţie a gi(14.33) pentru cx=90°: rosemicompasului cu corecţie după pendul la mişcarea pe orto-

dromă.

2.0V sin cp
g

14.2.4.1. Erorile metodica ale girosemicompasului. S-a arătat că pentru a indica corect directia de zbor este necesar să se introducă un semnal de corecţie de forma (14.3) sau (14.4) funcţie de traiectul pe care se zboară~ Se consideră un traiect ortodromic şi se presupune că zborul nu se face riguros F(; pe acest traiect, ci aeronava se abate la_teral pe o distanţă X (fig. 14.8), căreia îi t corespunde un unghi la centru cx~X/R de valoare mică fiindcă abaterea X, în general, este mică. Dacă se orientează axa OY tangent la ortodromă în sensul de zbor, viteza V de drum are o componentă Vx laterală şi o componentă Vy în lungul trEdectului. ÎJ::Iseamnă că aeronava zboară pe o paralelă la ortodromă avînd raza Planul ortodromei Fig. l4.S .. Abaterea de la traiec- R cos at . R cos {X/R), la care ii {;!Orespunde tul ortodromic. o viteză unghiulară @p=VyfR cos (X/R)

356

orientată· perpendicular pe planul paralelei. Proiecţia lui ticala O~ este: <->~~"" =(1) p"

,

p

(A)P

. X V (X) R

sin -R = -R11 t f!

-

după ver-

(14.35)

L

şi ea arată că dacă aeronava nu zboară riguros după ortodromă, la viteza unghiulară (14.4) de rotaţie a meridianului datorită rotaţiei diurne a Pă mîntului mai trebuie adăugată şi componenta (14.35) datorită vitezei Vy şi deviaţiei laterale X faţă de ortodromă. Deci meridianul se roteşte în

azirnut cu viteza:

(14.36} Girosemicompasul indică corect capul ortodromic dacă giroscopul este rotit în azimut cu viteza unghiulară (14.36). Acest tip de aparat giroscopic de direcţie este prevăzut cu sistem de corecţie azimutală numai în funcţie de (1)C 1 considerat pentru o valoare iniţială 'cp-1cp 0 a !atitudinii. Din această cauză aparatul va avea erori de metodă atît datorită neintroducerii valorii curente a lui
a. Eroarea datorată neintroducerii valorii curente a latitudinii. ·Fie cp 0 valoarea iniţială a !atitudinii din punctul iniţial al traiectului. Latitudinea curentă se modifică în funcţie de componenta după tangenta la meridian a vitezeL de drum. Cea. mai mate eroare ~4; în indicaţiile girosemicompasului "Se... opţine dacă se zboară după meridian, Jn acest caz se poate scrie: L\ ~ === care pentru valori mici

n r~in(({)o+ ~ t)-sin

~
L\~~Q~cp cos

(14.37)

devine:

~o(;

t),

de ti11de,. prin integrare, se obţine exptesia ero~ii gh:•~semiC6mpasului: .·.

..

t

.

•

dt ..l\q; , ·. =rL\~. J ·Q o .-.v

V

cos cp 6

-

2R

R'

t2 =Q~cp 2 2V -cos

(14.38)

. Din relaţia (14.38) se poate deduce expresia intervalului de introdua !atitudinii în funcţie de eroarea ~4J admisă:

cer~

~
V OR coscp

(14.39) 0

Spre exemplu valorile lui ~

357

Tabelul 14.1

Valorile lui AIIJ pentru eroarea .6. ~ = 0,5° Viteza de

zbor V

1 000

km/oră

2 000

km/oră

1000

2 000

kmtoră

kmtoră

Latitudinea cp (grade)

o

8,~

5,9° 8,3°

60

70

11,-r>

80

b. Eroarea datorată neintroducerii corecţiei corespunzătoare componentei (14.35). Această eroare se poate calcula integrînd viteza unghiulară 6lp~ în timp adică: t

~$x= 2_~[ Vy(t) tg R..

o

Dacă

(14.40)

X(t)

R

]ctt.

se consideră abaterea laterală x~const şi

rezultă:

(14.40)

de valoare

mică,

din

(14.41)

unde Y este distanţa parcursă în lungul ortodromei. Pe baza relaţiei (14.41) se pot trasa graficele de variaţie ale lui Â4Jx în funcţie de Y pentru diverse valori constante ale lui X. c. , Eroarea. cardanică a. gitbsemtcompb.sulu~. ·schema cinematică a aparatului simplificat este dată în fig. 14.9. Cadranul aparatului se presupune iniţial orizontal ·şi conţine punctul O de intersecţie a axelor inelelor de suspensie. Po8 ziţia axei longitudinale a avionului este dată de segmentul OA care defineşte capul 4J al aeronavei măsurat în raport cu axa principală de rotaţie a giroscopului. Dacă aeronava se Fig. 14.9. Producerea -erorii cardanice a gi- înclină cu unghiul "{ (fig. 14.9), rosemicompasului. atunci inelele de suspensie. se vor în,clina şi, odată cu ele, se înclină şi cadranul. Nouă poziţie a ineJului interior de suspensie este dată de dreapta OC de intersecţie a planului vertical OBC cu planul cadrului înclinat OAC. Punctele B şi C se aleg astfel încît dreapta OA să fie per-

c

358

1

pendiculară' pe· plariul ABC.. Ca rezultat diviziunea de 90° car~ se găseşte

pe dreapta OB; acum se deplasează- pe linia OC. În consecinţă unghiul AOC va fi egal cu:. 90° - -t\1', unde $' este noua valoare a capului după consideră

cadranul girosemicompasului. Pentru calculul lui $'; se ghiurile OAB, ABC şi OAC_din care se poate scrie: OA=AB tg$;

Substituind pe OA

şi

AB COS"{=-;

tg

AC

AC din primele

, ~ =

OA

(14.42}

-!

AC

două relaţii

triun-

(14.42) în ultima

rezultă:

tg $' iar eroarea· cardahică se

exprimă

(14.43)

tg 41 _cos "{, prin diferenţa:

il$=,41'-41-arctg (tg -~cos

y)~4J.

(14.44)

Eroarea cardanică este generată de înclinarea y a axei inelului exterior de suspensie datorită evoluţiilor aeronavei. Relaţia {14.44) poate fi utilizată pentru a studia variaţia erorii ~~ funcţie de înclinarea 'Y precum şi pentru a stabili valorile lui- 41 pentru care ll4l ia valori extreme. Dacă se notează cu Â $c corecţia ce trebuie introdusă în indicaţii, pentru compensarea eroriler ll4l, ll41c=-"Â41 şi (14.44) devine: tg (41-Â41c)=tg 41 de unde dezvoltînd tangenta

COS

y,

diferenţei şi împărţind

cu tg. (Â 41c) se

obţine:

(14.45) Dacă înclinarea nu depăşeşte 40°, atunci (14.45) se poate scrie sub

forma

aproximativă:

Â
(1-cosy)tg ~ 1 -f:-cos ytg 2 l)l

~

(14.46)

Vnghiul 41 pentru :care .â41c ia valori extreme se obţine anulînd derivata: d .... · d -. dl)l (~ch)= dl)l [~ . -

de unde

rezultă:

.

arctg (tg cti cos y)]-0, sin 41==+

v-f

t cos (y/2 )

(14.47)

Pentru ·valori mici ale unghiului 'Y, ~cos y/2 ~ 1) erorile (14.45) devin maxime cînd aeronava zboară pe direcţiile 41=45°, 1a5°, 225° şi 315°. Pentru valori ale lul 41 de 90°, 180° şi 270° eroarea se anulează (v. relaţia 14.45). Dacă înclinarea "{ se apropie de 7t/2 unghiul pentru care eroarea devirie maximă tinde· la +90°, respectiv +270° (v . .fig. 14.10)., Mai înainte s-a analizat influenţa unghiurilor de ruliu asupra erorilor cardanice. O demonstraţie asemănătoare se poate face şi pentru erorile provocate de unghiurile de tangaj ale aeronavei. Vor rezulta curbe de

359

l

erori cardanice analoge cu cele din fig. 14.10 dar decalate pe axa abscise'loi' ·cu 90°. Valoarea erorilor cardanice creşte foarte mult în cazul unor unghiuri de ruliu şi tangaj de peste _70-80°, putînd deveni de ordinul ze-:: cilor .de grade. Singţ1ra cale de eliminare a erorilor cardanice constă în stabilizarea axei inelului exterior de suspensie după verticala locului, menLl!p, grade

'tO

-40

'-60 90

o

-60 -40 -20 Fig. 14.10.

Dependenţa

20

40

60 cp (grade J

erorii cardanice de cap.

ţinînd desigur şi corecţia de orizontalitate pentru axa principală de rotaţie a ·giroscopului. Această soluţie se aplică în cazul compasurilor mo-

derne, care conţin unul verticală a axei inelului că, dacă ~=0, sau <6=0

sau chiar două cadre suplimentare de stabilizare exterior de suspensie. Din relaţia (14.44) rezultă se obţin;e ~4J=0 adică eroarea cardanică se anulează. ··· · · d. Eroarea de viraj a girosemicompasului. Dacă înclinarea aeronaveieste însoţită şi de acceleraţii, se produc, în afară de erorile cardanice analizate, aşa-numitele erori de viraj ~ tPv· _Aceste erori se dato~esc ~orec ţiei orizontale a girosemicompasului care, sub influenţa. acceleraţiilor, determină precesia giroscopului într-un plan (în general înclinat) care trece prin axa inelului exterior de suspensie. Această precesie este însoţită şi de o deviere a giroscopului în azimut, de unde rezultă eroarea de viraj ~ 4lv a aparatului. De menţionat că o pSemenea eroare se produce nu numai pe timpul virajului, ci şi după urcarea sau coborîrea avionului, dacă evoluţiile acestea se fac cu acceleraţii. De regulă eroarea ~cpv este mică. Ea se anulează dacă inelul exterior de suspensie este· stabilizat după verticala locului. ·r4.2.4_.2. Erorile instrumentale ale girose-micompasului. a. Erori datorate variaţiei parametrilor şi impreciziei corecţiei azimutale. Funcţio narea corectă a unui girosemicompas implică- introducerea unei mişcări de precesie în azimut de· forma: w~1 =

kka

Q

sin (cpa), J

360

1

unde ·ka reprezintă panta reală a caracteristicii k a motorului corecţi ei de azimut, iar wa· este latitudinea. locului introdusă cu mijloacele de la bord. Dacă .sînt îndeplinite rîguros- condiţiile a=cP şi ka=k,. atunci precesia în azimut este corectă şi nu se produc erori. În realitate măi-imile ka, k şi

ka

k

Formula (14.48) permite să se calculeze eroarea relativă admisibilă de calibrare a. parametrilor ka şi k precum· şi precizia cu care trebuie· intro.:.. dusă în aparat latitudinea locului. Spre exemplu dacă
"

·.

361

sînt distribuţiile normale aleatoare ale momentelor de frecare cu aştep tarea matematică zero, iar ~ este viteza de rotaţie în jurul axei· inelului interior de suspensie. Dacă se pr6duc oscilaţii în jurul axei inelului interior de suspensie cu perioada T" deviaţia datorată ·nesimetriei momentelor de frecare are valoarea: Â~= llM, !_ • (14.50) K

2

Spre exemplu dacă ÂMJ=M; -Mj=0,3 gf · cm, K~4 000 gf · cm · s eroarea produsă după T=·20 minute este de aproximativ 2,5°. 'În -SC{)pul reducerii erorilor datorate frecării, lagărele inelului interior de suspensie au o construcţie·specială .. Astfel se prevede un dispozitiv suplimentar care periodic modifică sensul rotaţiei a unui -inel intermediar al• lagărului (v. fig. 14.12}. 4

2

3

a Fig. 14.12. Suspensia giroscopului cu

lagăr

cu

mişcare alternativă:

rulmentul cu inel inte:rnnedi.aor; b - sistemul de acţionave a inelulut intenne
n -

de

rot,aţie;

14.3. CONSTRUCŢIA GffiOSEMICOMPASULUI .. Deşi este vorba despre un aparat giroscopic mai puţin. per-fecţionat, se fac· referiri la GKP-52, pentru faptul că reprezintă o construcţie tipică în acest domeniu şi ilustrează complet principiile expuse anterior. Apa_. ratul (GPK-52) constă _·dintr-un giroscop cu două grade de libertate (fig. 14.13}. Axa lui este stabilizată îri plan orizontal cu ajutorul motoru-

362

_:;a

1 1

/!' Il

1,

a

IJ Fig. 14.13. Oirosemicompasul GPK-52: schema ele·ctrociriemat:lcă; ·1- motor de corecţie în plan ocizontal;

secţiune prin aparat; b 2 - motoll" de .co:re.c:ţie în a:z;imut; cadran; 4 - redUictor.; 5 -. motor de acţionare a dispozitivului de indicaA:'e; 6 - potenţiometru cu cadr.an pentru introducer.ea 1atitudinii locului; 7 - potenţiometru cu cadran pentru ajustarea :fină a CUIPlului de cocecţie în a.zimut; 8 - întrerupătO'r . (giros.copic) al canalului de corecţie orizontală; 9 - indicatorul 1a distanţă al aparatului; 10 - · comutator: de introduloere a. capului iniţial.

a -

3 .,....

acţionează după axa inelului exterior de suspensie. este asigurată de motorul electric 2 care acţionează după axa inelului interior de suspensie. Citirea capului ortodromic se face cu ajutorul cadranului 3. Se observă că orizontalizarea giroscopului se.· face după pendul, căci la baza girocamerei .se găseşte un comutator pendular cu electrolit avînd trei electrozi de comandă. întrucît în timpul yirajelor corecţia, orizontală funcţionează eronat, circuitul acesteia este <ţeschis de către un într.erupător giroscopic (VK-53). Motorul de corecţie în azimut 2 este comandat prin intermediul a două potenţiometre: potenţiometrul 6 de introducere a !atitudinii pe scara gradată şi potenţiome trul 7 pentru ajustarea fină a momentului de corecţie. Din fig. 14.13 se observă că axul cadranului 3 este legat cinematic de inelul exterior de suspensie prin intermediul angrenajului 4. Aparatul este astfel conceput încît. cadranul să poată fi rotit cu orice unghi în raport cu inelul exterior de suspensie~ în acest scop se utilizează motorul electric bifazat 5. Giroscopul fiind liber în azimut şi neprevăzut cu nici un sistem de blocare, motorul 5 permite introducerea valorii iniţiale a capului, eventual după compasul magnetic, fiind comandat prin întrerupătorul 10. Pentru transmiterea la distanţă a indicaţiilor se foloseşte un potenţiometru inelar şi un aparat indicator logometric 9. Momentul cinetic al giroscopului este de 2,4.kgm 2s-1 (24 000 gfcms), iar eroarea·instrumentală după o oră nu depăşeşte 2°. Aparatul nu are dispozitive pentru eliminarea erorilor cardanice şi nici nu poate fi compensat automat cu ajutorul informaţiilor de la alte tipuri de compasuri.

lui de

corecţie

1 care

Corecţia azimutală

14.4. CALCULUL PRELIMINAR AL GIBOSEMICOMPASUBILOR ~;,·''

-,-::"'

lri J~ele ce ~rmează.:cse·pr~zi!ltă metrilor rotorului şi sistemului de

-0

1TI~t~di)â~e~ict1l;pt~fi.i'rtinar corecţie

a paraale girosemicompasului.

a. Determînarea parametrilor rotorului se poate face plecînd de la precizia impusă aparatului. Deriva admisibilă a giroscopului este (J)d. Dacă nodul giroscopic ·este corect echilibrat, cauza principală a derivei rămîne frecarea în lagărele inelului interior de suspensie. Dar, acest moment acţionează aleator, cînd într--un sens, cînd .în_ alt· sens~ din această cauză în calcule se consideră doar 15~/o din Valoarea ·lui totală. Aşadar momentul care produce deriva trebuie calculat~ după formula: R

Md=0,15 M.-t==0,15 kQ--:, . . d

(14.51)

unde k este coeficientul de frecare; Q ~ greutatea nodului giroscopic, R - raza fusuluitn dreptul bilelor rU,lmentului,Jar d - diametrulbilelor. Momentul cinetic necesar giroscopului se poate e:Xprima prin relaţia: K=Mafwd=JQ,

(14.52)

364

h-v

,

de unde rezultă momentul· de inerţie al rotoruluî: (14.53)

J-M"JwdQ

Momentul de inerţie J variază între Jmin=0,5 mr în general- J~kgmr2 , unde :de regulă se ia kg;_2j3. În

2

şi Jmax=mr 2 , consecinţă:

sau

R

-.

0,15Q-

kg .E_ r2 =

(l)"n

, o·

d

(14.54)

Desigur greutatea rotorului G-, diferă de greutatea nodului giroscopic Q. Se poate scrie că G-nQ unde n=0,45-0,7 pentru giroscoapele de aviaţie. Acum se poate exprima raza r a rotorului prin formula: T=.

V.

0,_15kgR _ . .

•

kgn
(14.55)

De regulă mărimile R, d şi Q se impun prin tema de proiectare. Deci cunoscînd coeficientul k~ kg şi n se poate calcula raza r a rotoruluL Grosimea coroanei rotorului se determină din conditia constructivă de a încăpea în interior statorul motorului electric de a~ţionare. Cunoscînd raza, grosimea şi materialul rotorului se calculează momentul de inerţie al rotorului. J=kg p re r 4 b,

unde p este masa

specifică

(14.56)

a rotorului, iar b este lungimea lui.

b. Determinarea parametrilor sistemului de corecţie. Momentul aplicat după axa inelului exterior de suspensie trebuie să permită menţinerea axei proprii de rotaţie în plan orizontal cu o precizie impusă. Desigur, o primă condiţie este ca acest moment să depăşească momentul de frecare în lagărele inelului exterior de suspensie. în afară de aceasta el trebuie să asigure precesia giroscopului cu o viteză unghiulară suficient de mare, astfel încît el să urmărească, cu un decalaj minim, rotaţia planului orizontal provocată de rotaţia Pămîntului .şi de ·deplasarea aeronavei. Viteza maximă de precesie impusă de rotaţia planului orizontal este dată de relaţia:

(14.57)

unde Qv=7,3 ·1o-5 rad/s, R=6,37 ·10 6 m, iar V este viteza aeronavei în m/s. Momentul ce se aplică pentru a obţine precesia Wpr este: Mpr=Krop:,.

La acest moment trebuie adăugat momentul de frecare M 1 în inelului exterior de suspensie. Deci: Mc>Mt+Krop"

(14.58) lagărele

(14.59) 365

unde M1-kQtR/d, Q., frlnd cgreutatea totală a nOdului gîroscopic, inclusiv inelul exterior· de suspensie. Momentul de corecţie calculat se poate aplica la valoarea lui constantă (carCJ.(!teristică. de cor-ecţie constantă) sau· proporţional eu ungliiul de abatere ·faţă ·.de planul orizontal (caracteristica_ de. corecţie proporţională)~ Dacă se merge pe prima variantă, valoarea momentului .de corecţie_ efectiv. aplicat trebuie să fie de (1,5 ... 2) ori mai mare decît valoarea (Mt+K(t)pr). În cazul în care se adoptă o caracteristică proporţio nală de corecţie, vit.eza specifică de precesie, sub acţiunea momentului de corecţie, se va calcula din formula: _ e:= M 1 +Kro11,. Kot

0

-

~ ·

·

Mt

·xcx0·

+ wpr, ot

(14.60)

0

unde rto exprimă pragul de sensibilitate sau eroarea îh plan orizontal (de ordinul fracţiunilor de -grad).

admisă

de stabilizare

SISTEME DE MĂSURARE A DIRECTIEI DE ZBOR

15.l_;.CONSIDERAŢII

GENERALE

Prin sistem de măsurareca direcţiei·sau sistem de·curs se înţelege un ansamblu de două sau mai multe compasuri interconectate între ele printr-un bloc de calcul destinat selectării informaţiei optime privind direcţia de zbor si filtrării erorilor. Transmitătoarele directiei de zbor interconectate t:reb,rti~ să funcţioneze pe principii -.diferite. P~eluerarea informaţiilor se bazează Pe· rnetQda filtrării erorilor în funcţie' de caracteristicile s.pectrale ale acestora. ]?entr.u compensarea erorilor metodice se utilizează informaţii externe de navigaţie. In prezent se întîlnesc sisteme de curs de diferite tipţtri care se· deosebesc prin principiul de funcţionare, prin construcţie şi prin caracteristicile informaţiei prelucrate. După numărul transmiţătoarelor de direcţie care participă simultan la prelucrarea in-:formaţiilor, sistemele de. curs pot · fi cu . un simplu. eţ:tn~l,. ., C:tJ: . doua canale, eu .trei cana1e •sc:J.U cu CaJ;la,le. ;muţ!Jple*?· Jn cazul. s1s·tem~1or de curs,cu. up.-:s~J1.gl.+Z:_~apal, transmiţătparele 'de direcţie (de cap) Tb T 2 , ••• , T m diferite ca. principhi d~ funct.ionare, care intră în sistem, sînt conectate succesiv.~ .cu ajutorul oomutatoruluf K la apara~tu1 indicator AI (fig. 15.1, a) .. De data aceasta informaţiile nu sînt prelucrate simultan, iar selectarea transmiţătoarelor se face manual. Sistemele cu două canale cuprind două transmiţătoare de cap, T 1 şi T 2 care furnizează simultan inforinaţii în sistem (fig. 15.1, b) sau mai multe transmiţătoare conectate simulta.ll.cîte două la blocul de calcul BC în scopul corecţiei erorilor (fig. 15.1, c). Jn acest din urmă caz transmiţătorul· principal Tv (de regulă girosemicompasul) .este cuplat permanent, în timp ce. un comutator K permite selectarea succesivă a informaţiilor de la celelalte transmiţătoare. Sistemele cu trei sau mai. multe canale simultane (fig. 15.1, d) asigu:rcţ prelucrarea simu.Itană a_ informaţiilor primite de la tr~i sau mai multe transmiţătoare. Selectarea trcmsmi-ţătoarelor şi prelucrarea informaţiilor s.e Jace automat cu ajutorul blocului de calcul BC.

367

In funcţie de utilizarea informaţiilor externe se deosebesc sisteme de curs autonome, care nu folosesc informatii externe si sisteme corectate. Acestea din urmă pot fi cu corecţie discr~tă sau cu ~orecţie continuă. În cazul sistemelor cu corectie discretă semnalele de la sursa externă de informaţii se folosesc numai în cazuri extreme. pentru decuplarea trans-

b

c Fig. 15.1. Clasificarea sistemelor de curs: a - cu un ·canal; b, c - cu două· canale; d ....:... cu mai multe canal-e; AI a:paratorr · indtcat.or; . T. ~ translttli:ţăroare ·de cap; .BC ~.bloc· de ca1Cul ;· K - comu.tatQt:.:

miţătorului 'magnetic de cap pe timpul zborului cu acceleraţii ma:r{ ·Sistemele de curs cu corectie continuă utilizează informatii corectoare de la giroorizont (giroverticai) şi de la sistemul de navigaţie·_ pentru compensarea erorilor sistematice de măsurare a capului. Sistemele de curs cu corecţie continuă posedă performanţe superioare. După ·destinaţia informaţiei de la ieşire se deosebesc sisteme de curs indicatoare, sisteme transmiţătoare şi sisteme combinate care dau ·atît informaţii vizuale pentru echipaj, cît şi semnale electrice necesare unor sisteme automate de bord.

15.2. SISTEME DE CURS CU

DOUĂ

CANALE

Se consideră un sistem de curs format din două transmitătoare de cap; unul dintre ele dă la ieşire semnalul q;1 ==4J+~th, unde Liq; 1 (t) este o eroare de înaltă frecvenţă, iar celălalt, semnalul q; 2 =,~ + Â 4J 2 , unde

368

1

llq; 2(t)· e~te o ~roare de jo~să frecvenţă, iar qi .este capul adevărat.· Pentru corectarBfi reciprocă a c~lor două semnale şi· determinarea capului adevărat, ca*e reprezintă semnalul util, cele două transmiţătoare se conectează conform schemei din fig. 15.2, schemă ce conţine un element integrator şi un uispozitiv de comparaţie. La ieşirea acestei scheme se obţine, evident, semnalul: .t.

·='''-+ Ll~I(s) + \fi Ts+1

rp

\fc

+

Ts --~q; 2 (s). Ts+1

(15.1)

--~

l Schema examinată reprezintă un filtru de joa..: să frecvenţă (elementul inerţial ·1/(Ts+ 1)) pentru erorile de înaltă fTecven.;.;. Ts ţă ~q; 1 (t) şi totodată un filtru de înaltă frecventă (Ts/(Ts+l)) pentru er~ rile de joasă frecvenţă ~ clJ 2 (t)~ Întrerupătorul J se foloseşte pentru decuplarea celor două transmită toare în raport cu filtrul. erorilor ·în cazul sistemelor cu Dintre ·transmitătoarele .de Fig. 15.2. Filtrarea două canale. cap care au erdri de înaltă frecvenţă ~q; 1 (t) se men-· ţionează compasurile magnetice, astronomice şi radiotehnice. Numai girosemicompasul posedă erori de joasă frecvenţă ~ q; 2 (t). Schemele de filtrare pot fi extrem de ·variate. În fig. 15.3, a se. prezintă "o. variantă de interconectare a compasului magnetic (sau inductiv) cu girosemicompasul GPK. Periile potenţiometrului R 1 sînt rotite cu unghiu~ q;M de către axul pe care sînt montaţi magneţiî permanenţi. În girosemicompas se ·găseşte un potenţiometru R 2 , aliFig. 15.3. Schema sistemului de urmărire utilimentat în două puncte diazat în campasurile giromagnetice: metral opuse şi fixat pe a - schema de principiu; b - s·chema structurală; A ·~ amplificator; M ..:.... motoa:; GSC - girosem:i!cominelul exterior de suspen. pas; R1, R2 - po.tenţiotnetre; Rd - reductor-. 1


369

l

l

sie~

Cele trei perii ale potenţiometrului R2 urmăresc automat periile omoloage ale· potenţiometrului. Rb fiind acţionate de motorul electric M prin intermediul unui reductor _(cu raport de transmisie 720 000). Astfel periile sînt rotite c1.1 o . viteză de cîteva grade pe minut. Carcasa potenţiometrului R 2 eşj;e orientată faţă fte meridian cu unghiul $g. Sistemul descris poate fi reprezentat prin schema echivalentă din fig. 15.3, b. Notînd cu Tm constanta de timp a motorului, cu k 11 k 2 şi ka constantele ce caracterizează amplificatorul, motorul şi reductorul se poate scrie următoarea relaţie între erori: · · (15.2) unde Aq,c=~c-$,

â~M=cltm-~' ~q,g=~g-~ şi

T=l/k1kzka.

Din considerente de ordin constructiv se poate admite că Tm<
Y1 (s),=Tsf(Ts+~) şi

Y 2(s)==1/(Ts+1).

.

evaluează. r~~cvia ~sistemulu.i. de curs la diferite tipuri de zgomote ÂGJm şi Â4ig· In cazui transmiţătoarelor magnetice, datorită perturbaţiei rezultante f(t) produsă de fluctuaţiile cîmpului magnetic terestru .şi al

Se

avionului, acceleraţiilor şi vibraţiilor locului de montare a compasului. etc., apar erori care pot fi exprimate prin relaţia:· · . (15.4)

unde Q est: pu}s~ţia. oscilaţiilor propriLqle ·compasulu~~ . Eroarea ·siStemului de curs Â.4Jct datorată perturaţieî }(t) · se· obţine din(l5.3) şi (15.4) sub forma: (15.5) unde Y"m(s) este funcţia. de transfer a sistemului de curs pentru perturJ(t)_care are expresia:

baţia

.Q2

Y m(S)= -~---- 2 (Ts+ 1)(s

2

+2~Qs+ Q )

. (15.6)

Erorile; girosemicompasului se datoresc mai multor cauze şi în mod deosebit cupluri-lor perturbatoare M(t) aplicate giroscopului. Deriva gir-oscopului Â~g(t); p~odusă de cuplurile M(t) se exprimă prin relaţia:. t

Â g{t)=

~ M~t)

rit,

o

sau sub:formă operaţiona}ă liwg(s) 370

-=...:.......::__

--~

- · - - - .~

~(s)/Ks.

(15.7)

\

Ero~ile-. slstemwui· de curs h.$c2 datorate M(t)se:obţih din (15;7) şi- (15.3) sub forma:

· .·

\

ciiplurilor ·perturbatoare

-

~

Â~: 02 = funcţia

unde Y g{s) este

Y1 (s)ÂYg(s)= Yg{s)M(s),

(15.8)

de transfer a sistemului în raport cu M(t) '

Ts

1

T

( 15 ·9)

Yg_(s)-:-:- Ks-· Ts+l,=== K(Ts+1).

Din expresiile erorilor (15.5) şi (15.8) se poate constata că sistemul de -curs, esţestabil. ·Studiul· se poate extinde .considerînd că. perturbaţiile f(t) şiM(ţ) ş~nt-funcţii aleatoare [23, 135]. Prelucrînd informaţiile se pot obţine densităţile lor spectrale. Fie S1~(J)) şi SM((l}) densităţHe spectrale ale perturpaţiilor aleatoare f(t) şi M(t). P:entru determinarea .dispersiei erorilor sistemelf:>r de curs -a~ .se utilizeqză·relaţia a~=a~ 1 +a: 2 , în care:

o~1 ~

+oo

-~-(1Y~(}~fi2S~~),aiu 21t

3 .'

'

'

+oo

~f \ 1 Ym:(jw) ' ,. . q~' 2 . . ..2._ 21t J- ' . .

-00

reprezintă

12

c

S1 ~(J)) dw,

(15.10)

-""""
dispersiile erorilor aleatoare Â $c1 (t) ·şi Â $c2 (t). modulelor· funcţiilor de transfer. are expresia:

Pătratul

-

I'

2

JYg{j(J))! =

T

K(jTw+1)

\2. T2 = K 2(T 2 w2 +1)

r

(15.11)

Tr~!~,(I)H~!\~OT'tll+U(n~~~+J2 ;~ro ~ .(T2w2+t)[(02~:2)2+ 4ţan2w2J ·'

. . . Va~oarea optimă- a cohshintei de· timp T â filtrului'se găSeşte-din condiţia minimizărjj·- dispersiei erorilor da ~jdt=O) Fie· 'cazul particular cînd M (t) şi · /(t) reprezintă zgomote albe ·pentru care densi.;., tăţ1le _sp;e~tral~ ·se s,ţr~iu ~.lJ.h, forma.§~(!))~, · . · 1n~ ~i··~teş}>ecţ~v; c;Bt{(t)l. n~r;- Cti~ ·'aceste precizăd '::expr~silîe.ilispersiil<>r devin: 2 _0' L:. Tm .• ·aZ = (2T0~+1)!ln2

o:<

2 ljit-

2H2

.

.

'

'

(15.12)

(f2 A

'

4ţ(T 2 .0 2 +2Ti1+1)

$2

(15.13)

T

'

În fig1 15:4 sînt reprezentate graficele qe variaţie .a~e .4i~persiilor în funcţie de T. Fig. 15.4. Graficele de variaţie a Dispersia eroril r.e.-~iiltante. o.~-- are· un mi- dispersiilor in funcţie de constanta de timp. nim pentru _yalqarefi qptirnă. T. Topt· CunosCînd pe T optim se poate determina . :Valoarea optimă a. coeficienţilor detransfer ai f-iltrului k 1 ~k3 -~1/Topt. Coeffcleritul de transfer k 1 al amplifi.::. catorului se găseşte din condiţia ca semnalul obţinut Ia ieşirea sistemului .

24*

'!'

·

371

de urmarire pentru discordanţa minimă admisă să fie suficient pentru pornirea electromotorului. Coeficientul. de transfer k 2 se poate determina . din caracteristicile care leagă viteza de .rotaţie a motorului de tensiunea aplicată pe înfăşurarea de comandă. Raportul de transmisie k 3 se determină din relaţia ka=l/(Top~k1k2). 15.3. SISTEME DE CURS CU TREI CANALE Studiul acestor siste~e se face considerînd că în permanenţă, trei introduc informatii de directie în sistem. Este rational să se a.sqcieze transmiţătoare car~ au- caracte:;istici spectrale cît mai 'dife-. rite. De aceea, ca transmiţător cu caracteristică spectrală de joasă frecvenţă, 'se utilizează girosemicompasul (T1 pe fig. 15.5), iar ea transmiţă toare de înaltă frecvenţă -- compasul. magnetic T 2 şi astrocompasul T 3 • Comparaţia informaţiilor obţinute şi .prelucrarea lor se execută în blocul de calcul BC a cărui funcţie principală este filtrarea erorilor pentru a se măsura cu o precizie cît mai înaltă direcţia de zbor. Se poate proceda, în principiu, ca şiîn cazul sistemelor cu două ca• nale. Informaţia 14J1 de la girosemicompaS-'se ·introduce în două canale paralele, de structură analogă celor din fig. 15.2. În primul canal, semnalul tlJ1 se compară cu semnalul t\J 2 de la trafismiţătorul T 2 , iar diferenţa celor două semnale traversează un element integrator k 1fs şi apoi se însumează cu $1 • Semnalul corectat tlJ ~ este trecut prin elementul avînd raportul de transfer el, după care se sum~ază. cu, semnalul de iesire. din ; ,#ewentp.l·.••~. ~qgecţ~ţ lş .· pelălalt canal .T 3 • 'Canalul doil~â "prelucrează $emnalele t\; 1 ·şi ct;3 şi are aceeaşi structură cu canalul descris mai îna1----+--' 1 inte. Capul la ieşire 4>c se obţine prin 1 1 însumarea semnalelor de la cele două 1 canale. 1 1 Dacă se· are în vedere structura 1 1 1 sistemului (fig. 15.5) se obţine: transmitătoare

al.

+'

L ----- ----------'

t\Je(s)=(~+~). s+k s+k2

Fig. 15.5. Schema structurală a sistemului de curs cu trei canale: T3 ~.7'"'"" •.• tran.smiţătoare de 1;3C ~ bloc de calcul.

cap;

t\J1(s)+

1

+

C1k1

s+k1

t\J 2 (s) +

C2k2

s+k2

tlJs (s).

(15.14)

. Se presuplţn~ că .semnalele tlJe şi 4;~{i · 1, 2, 3) conţin erorile ÂtlJ.e şi

ÂGJ1 (i==l, 2, 3) definite prin relaţiile:

(15.15) 372

Din (15,15)

şi

(15.14) se poate calcula eroareel semnalului de

ieşire:

~~e=fW 1 (s)+ W2(s)+ Wa(s}.;_1]~(s)+ W1 (s)~~i(s)+ W2 (s)~~ 2 (s)+

+ W3(s)~
[t.

W,(s}-1

..In care W (s) =s ( --+-. c1 C2 ) --. 1 s+k1

s+k2

Eroarea ~~~ este produsă acţiunea cuplului perturbator funcţia W1 (s)Â4 1 (s) sub forma:

J~(s)+ 1;. W,(s)~~;(s),

C1k1 ; W 2{s)= -s+k - ; W 3{s) = 1

-C2k2 --· s+k2

(15.16)

(15.17)

în principal de precesia giroscopului sub M(t) .. Considerînd relaţiile (15.17) se scrie

W 1 (s)Âtl;~(s)={~ + s+k 1

_s__)

s+k 2

M(s) ,

K

(15:18)

unde M(s) este transformata Laplace a lui M(t). Primul termen din expresia (15.16) reprezintă eroarea dinamică a sistemului de curs datorată variaţiei semnalului t.ţtil ,tl;(t). Ceilalţi trei termeni de forma Wi(s). Â$i(s), i=1, 2, 3 reprezintă erorile sistemului produse de erorile primare ~ tl;i ale celor trei transmiţătoare de cap. Şi în acest caz studiul poate fi ·extins considerînd că mărimile de intrare au caracter aleator [32, 33].

15.4 .. SISTEME·DECUBS MULTICANAL Una din căile de creştere a preciziei, fiabilităţii şi stabilităţii la perturbaţii a ·sistemelor de curs o reprezintă prelucrarea simultană a informaţiilor obţinute de la mai multe transmiţătoare de cap. Se presupune că în componenţa sistemului . de. curs , intră n ·ţra~Ill:i,ţă,ţ~qre · .Ţi, .fiecare dînd la ieşire semnale de forma: $i(t)94J(t)+Â~~{t), unde~'qi(tr este valoareaadevărată a capului (semnalul util), iar Â~i(t) zgomotul (eroarea). Prelucrarea informatiilor de la transmitătoare se face în blocul de calcul BC, care cuprinde filtre cu funcţiile de transfer W i,(s), sumatorul ~ şi cheile K 1, i=l, 2, ... , n.ln fig. 15.6 este reprezentată ~hema structurală a sistemului de curs. Se observă că este de tip deschis dar care conţine şi cîteva circuite închise. Toate filtrele sînt destinate să asigure creşterea preciziei şi ameliorarea caracteristicilor dinamice ale sistemului. Semnalele care traversează filtrele se însumează, obţinîndu-se semnalul de ieşire care reprezintă semnalul util: m

~ e=·L Wi(s)~i(s),

(15.19)

i=l

unde m~n reprezintă numărul de transmiţătoare care funcţionează simultan. ·nacă toate cele · n chei sînt închise, regimul de funcţionare al 373

sistemulUi este normal.· La deschiderea. a n~l chei ·sau a m < n-1• chei se stabilesc diferite regimuri de memorie. Sistemele de .curs sînt astfel construite încît pot funcţiona indiferent de ordinea închiderii sau a deschiderii cheilor. Erorile la- iesirea sistemului de curs se determină din relaţia: - · · ·

fig. 1Ş.6. Sch~rna s~ructurşlă d~<;l;tisă a sistemului de curs: T1, • • .; T

-

transmiţătoare de cap; BC -

Â~e(s)=\l;e(s)--$(s)=

m

L

calculator:

W1(s) [~(s)+Â~i(s)] ---i~(s)=

i=l

(15.20)

··pmtl1Til: ~rllieili~·aHrti~J2(n;·'cttrâ&t€r~~m.'~e~6a?eit;l!lnfufi1că ·~.~rsrstemu lui de curs; care se 'produce prin· traversarea sistemului. de către semnalul util ·~(t). (~el de~al doilea termen reprezintă eroarea totală .datorată zgoJ;notelor.

15.5.

CONSTRUCŢIA

SISTEMELOR DE CURS

· ,~16:.:1)~·~1·.~~ }!articularităţile sistemelor de curs pentru aeronave Sistemele moderne de curs se disting prin următoarele particulariconstructive: ~ măsurarea direcţiei. de zbor· se realizează eri cîteva transmiţătdare de tip magnetic,· inductiv; giroscopic~ astronomic sau radiotehriic; tăţi

374

...._ Prelucrarea informaţiilor primite de la transmiţătoare se face după -principiile sistemelor cu' nouă canale, în care girosemicompasul funcţionează continuu, iar -restul transmiţătoarelor se cuplează în- func....; ţie-de condiţiile de utilizare; :.._·erorile sistematice ale transmiţătoarelor de cap se compensează cu ajutorul unor informaţii exterioare sistemului; _ - creşterea preciziei se realizează prin micşorarea erorilor transmiţătoarelor de cap şi prin filtrarea dinamică a erorilor aleatoare; - noile tipuri de sisteme de curs cuprind componente constructive perfecţionate tipizate, scheme electronice, blocuri de calcul şi sisteme de transmisie la distanţă a indicaţiilor. · Dintre sistemele de curs -actuale se mentionează sistemele de curs din seriile KS - pentru aeronave de transpor't, KSI - pentru f,leronave militare şi TKS - pentru avioane de ·transport. În cele ce urmează vor fi prezentate succint cele tr-ei serii de sisteme de curs.

15.5.2.·· Sisteme·de curs pentru avioane· grele KS

;

Sistemele de curs KS reprezintă instalaţii centralizate de determinare a direcţiei de zbor formate din compasuri inductive, giroscopice, astronomice şi radiotehnice. Ele au fost construite în şaptesprezece variante; dintre care cele mai larg utilizate la Bordul avioanelor de· pasageri Sînts1sternel~ 1{$•6; KS-8 şi KS-18. Indiferent de variantă sistemele de curs din această serie permit să se determine capul adevărat CA, capul ortodromic COşi capul giromagnetic CGM. De asemenea furnizează unor automate de la bord semnale electrice de cap şi de abatere de la capul de zbor programat. În cazul funcţionării în complet cu radiocompasul automat ARK sistemul determină gismentul G şi relevn1entul în raport cu radiofarul sau staţia de la sol. Sistemyl de curs poate funcţiona îh .· unur din următoarele regimuri: a) în regirii .de·girosemicompas · GSK; b} {h regim de corecţie magnetică CM şi c) in ·-regim de corecţie astronomică CA. Regimul principal este regimul de girosemicompas cînd sistemul indică în orice condiţii-- de zbor capul ortodromic. De regulă regimul CA nu se uti:izează. Componenţa celor trei,variante de sistem de curs este precizată în tabelul 15.1. În afară de elementele din tabel, pentru funcţionare, sistemele de curs KS au nevoie de semnale de 1a: centrala giroscopică de verticală ŢGV-4 (la var:lant~le KS-6 şi KS-8) ;_ giroorizontl].l la distanţă AGD-1 (1 a varianta KS-10); întrerup-ătorul corecţiei orizontale VK-53RŞ; r.adiocompasul automat ARK. Dacă la bord se instalează si astrocombasul DAI\.-DB-5 V, acesta se conectează la sistemul KS prin 'blocul D-62. În continuare se prezintă pe scurt sistemul KS-6 care este ,varianta de bază. Celelalte două yeţriante diferă pp.ţin. faţă deKS:-6~. · . ·.Schema bloc simplificată . a sistem·elor KS este prezentată în fig. 15~7. Elementul central al sistemuluL~este gifuagregatul GA. Caracteristic pen-

il i

375

."'~1· · 1

Î

1

Tabe~ul

-15.1

Agregatele componente ale $istemelor de curs agregatelor

Numărul

Denumirea

Reperul

Traductorul inductiv Mecanism de

corecţie

Indi-catorul navigatorului

Amplificatoare Pupitru de

1

1

1

KM..;4 seria 2

1

1

1

comandă

Bloc de relee

2

-

-

US seria 2

UGR-4U UGA-lU UK UGPK

Indicatoare

KS-10

ID~2M

GA-lM GA-lPM

Giroagregate

KS-8

1

-

PU-l

0-1

-

o 1 -

1

-

2

-

2

-

-

1

1

1

1

-

1

BR-1 BR-2

1

0-1

1

U-11 U-11P

2

1

1

0-~

-

2

-

-

1

-

1

'f

Fig. 15.7. Schema bloc

simplificată

a ,sistemelor de curs din

seria KS: ID -::- tr-ansmiţătox inductiv; KM - mecanism de corecţ:Le; AK - astrocompas; ARK radiocompas automat; GA giroagregat; PU - pupitru d!e comandă; us, UK - indicatoare; ŢGV - centrală giroscopică de vert:Lcală.

tru acest giroagregat este faptul că pentru a se elimina erorile cardaniee de ruliu, girosemicompasul este prevăzut cu un cadru de urmărire care este rotit de către un electromotor în funcţie de semnalele de ruliu "{ primite de la centrala giroscopică de verticală ŢGV-4. în felul acesta se

376

menţine poziţia canonică

a giroscopului în raport cu mişcările de ruliu. Erorile cardanice de tangaj nu se compensează avînd în vedere că avioanele pe care se montează aceste. aparate execută evoluţii cu e ~ 15 ... 20° la care eroarea- cardanică nu depăşeşte 1,2 ... 2 grade. Din fig. 15.7 se observă că rolul pupitrului de comandă PU este de a introduce semnaluJ

Fig. 15.8. Schema de principiu a sistemelor de curs din seria KS.

+

de corecţie Q sin cp care· compensează influenţa rotaţiei meridianului în jurul verticalei locului. O schemă funcţională mqî completă pentru sistemul KS-6 se poate· vedea în fi'?; .15;8. Retine· atenţia faptul că pentru a realfze~: o· Jiabili tate, sţtperi6a.ră· ·se: ntiliz~ază două giroagregate. O imagine mai reâiă. asupra complexităţii constructive a acestui sistem ne-o oferă desenul din fig. 15.9 în care se dau unele. detalii asupra părţilor componente ale fiecărui agregat ce compune sistemul. Datele tehnice principale ale sistemului KS-6 sînt precizate în tabelul 15.2. Regimurile de funcţionare se selectează cu ajutorul comutatoarelor K 1, K 2 şi /{5 din fig. 15.8. Spre exemplu poziţia comutatoarelor din schemă corespunde regimului de girosemicompas. în continuare se menţionează destinaţia unora din părţile componente ale sistemului KS-6. a. Traductorul inductiv ID-3 (ID-2M) permite determinarea poziţiei componentei orizontale a vectorului intensitate a cîmpului magnetic terestru în raport cu axa longitudinală a aeronavei, adică permite determinarea capului magnetic CM, necesar pentru corecţia giroagregatului. 377

•

,~-

~ş;~ ~,;z =~c

t'f'

~ '

.

1

Ot~cd,.

Tabelul 15.2

Datele telmice principale ale sistemului KS-6 Caracteristica aparatului

Erorile în determinarea capului magnetic: - la indicatorul US; - la indicatorul UGA-.1U

±1,5 ±20

Erorile în determinar-ea gismentelor: - după acul indicator 1US; - după acul indicator 2U s

±1,5° ±20

-Erorile de transmitere a semnalelor de cap: - cu selsinele GA şi U S; -··cu .potenţiometrui US

±1,5° ±20

Deriva admisă la giroscop după :30' de funcţionare în regim GSC

±10

Viteza de coordonare: -normală; forţată

2 ... 5°/min

-

Timpul de punere în

10°/S funcţiune

Alimentarea: -: curent alternativ _tţifăzat; ·. - curent alternativ monofazat; ' -.. -cunent 'COntinuu

cel mult 5 min 36V±1,8V; 400+8 Hz 45±4,5V; 400Hz 27±2~7V

Puterea consumată: - î n c.a.; -în c.c.

300VA 500W

Masa completului

51,5 kg

b. MecanismUl.: de corectie· KM-4 este destinat să asigure: a) l~ătura dfntre traductorul inductiv Ib şi giroagregatul GA; b) compensarea componentei cvad.,. rantale ('Cuaternare) a deviaţiei ·compasului :Şi corecţia erorilor instrumentale cu ajutorul corectorului eu bandă flexibilă; c) introducerea declinaţiei magnetice convenţionale. ln fig. 15.9 este prezentat mecanismul KM-4; el cuprinde două se:sine receptoare SR-1, SR-2 -Şi motorul electric M-1. Selsinul receptor SR-1 şi motorul M-1 împreună cu elementul sensibil al lui ID-3 şi canalul KM al amplifieatoru:ui U-11 formează primul sistem de urmărire ,,ID-KM", care serveşte la transmiterea capului •compas de la ID la KM. Motorul M-1 roteşte, prin intermediul mecanismului cu bandă elastică, rotorul selsinului SR .. 2, introducîndu-se astfel corecţiile menţionate. Selsinul receptor SR-2 împreună cu 379

selsinul-transmiţător ST-1 (grosier), motorul M-4 de coordonare a giroagregatului GA-l şi canalul GA-l din amplificatorul U-11 formează al doilea sistem de urmărire ,,KM-GA" care funcţionează după a doua variantă. Reglarea mecanismului de corecţie se face cu ajutorul a 24 şuru ... huri accesibile din exterior, care deformează banda flexibilă astfel încît să se obţină corecţia dorită a deviaţiei compasului şi a declinaţiei magnetice.

c. Giroagregatul GA-l M este destinat să asigure funcţionarea sistemului în regim de girosemicompas · şi pentru transmitere a la distanţă a unghiurilor la indicatoare şi laagregatele de bord. De asemenea el permite medierea informaţiilor CM şi CA în cazul funcţionării în regim de corecţie magnetică şi respectiv astronomică. În giroagregat se utilizează giromotorul GUA-20 acţionat de două ~otoare asincrone trifazate. Spaţiul interior giromotorului este umplut cu hidrogen. Puterea giromotortilui nu depăşeşte 13 VA. Corecţia în plan orizontal se face după pendul cu ajutorul comutatorului pendular cu lichid de tip DJM-:9 B, fixat la baza girocamerei. Giroagregatul este prevăzut cu· două motoare de corecţie: M-2 pentru corecţia în azimut şi M-3 pentru corecţia în plan orizontal, acesta din urlilă acţionînd după axul inelului exterior ·de suspensie. Selsinul transmiţător cu două canale ST-1 constă dintr-un selsin transmiţător grosier şi dintr-un selsin transmiţător al canalului precis. Selsinul ST-1 are două rotoare şi două statoare: unul pentru canalul grosier şi altuL pentru canalul precis. Cele două rotoare sînt fixate pe inelul exterior de suspensie şi asigură stabilizarea giroscopului. Statoarele ambelor selsine sînt fixate într-o carcasă care, cu ajutorul unui angrenaj, este legată cu reductorul motorului M-4 af dispozitivului de coordonare. În cazul sistemu'l:ui_.KS_..,6 cane3.lul precis nu functioneaţă~ .astfel ·că.:se~inul cu două canale lucrează, în realitate, ca seisin transmiţător al' unui sistem de urmărire monocanal. Dispozitivul de coordonare constă din motorul M-4 şi un reductor prevăzut cu un cuplaj special de fricţiune care permite, la comdlldă, să se asigure coordonarea rapidă. Aceste elemente constituie sistemul de urmărire ,,KM-GA". Reductorul este formaţ gi:p. ll_.perechi de roţi dinţate care asigură un raport de transmitere i 1 20-0 000, ceea ce face ca viteza de coordonare normală să fie de 2 ... 5°/min. La apăsa rea pe butonul de coordonare rapidă, raportul de transmitere devine· de numai i===5 000, ceea oe face ca viteza de coordonare să crească la 10°/s şi chiar ip.ai mult. Cadrul de urmărire acţionat de motorul M-5 printr~un reductor cui .· 900 asigură rotirea întregului ansamblu cu o viteză unghiulară de 30-40°/s. Aparatul este prevăzut cu reazeme elastice. care limitează rotaţia cadrului de urmărire la valori ale unghiurilor de ruliu de cel mult +(65-70t. De asemenea giroagregatul are patru elemente de încălzil'e de cîte 50-60 waţi fiecare, comandate de un termoregulator cu bimetal. Principalele date tehnice ale giroagregatului sînt precizate în tabelul 15.3.

380

Tabelul 15.o

Datele tehnice principale ale giroagregatului GA-3 Parametrul

Momentul de

inerţie

rotaţie

8 433,72 gcm2 ; (8,6 gf. cni·s 2)

al giroscopului -

Viteza de

Valoarea

---

a giroscopului

22 000 ... 22 500 rotjmin 1,961 kgm2 s-1 ; (20 000 gf·cm·s)

Momentul cinetic Deriva admisă a giroscopului: - la temperatura de 20 ± 10°C; - la temperatura de la -50 ... +50°C

Cel mult cel mult

0,5°/oră· 1°/oră

Viteza -de coordonare -normală;

Cel mult 0,7°/min; cel mult 2°js

-rapidă

292 X 290 X 285 mm

Dimensiunile maxime de gabarit Masa giroagregatului (cu amplificatoare)

-•_

,-

Cel

rntî1t i2i,~ kg

cerea drumului programat în regim GSK; d) comutatorul K-4 (cu index "corecţie") permite cuplarea giroâgregatului principal sau a celui de con:trol in regim de corecţie; e) comutatorul K-5 (index "consumator") asigură conectarea agregatelor ce necesită informaţii de cap la giroagregatul principal şi la cel de control. Pe pupitrul PU-11 se mai găseşte şi butonul de coordonare rapidă care se acţionează în r~gimurile CM şi CA. Sistemul TSK.,.P este prevăzut cu_ două becuri de semnalizare plasate pe. pupitrul PU-11 care avertizează ;echipajul dacă au apărut defecţiuni. T~ansmiţătorul de cap ZK-4 este· destinat să permită aducerea de la. distanţă a giroag:regatului în poziţia iniţială normală de lucru cu ajutorul unor semnale exterioare. Comutatorul K-8 plasat pe partea frontală a aparatului se poate· roti în _ două poziţii: AK şi ZK. În poziţia AK transmiţătorul de cap este decuplat de la sistem, iar corecţia se face de la ~t:rocompas. În poziţia ZK capul se· introduce_ pr~n transmiţătorul de cap în funcţie d~ informaţiile exterioare. (fig. 15.13). Blocul de orientare BP-5 cuplat prin intermediul comutatorului K-6 asigură elaborarea semnalelor prhrind re1evmentul radiostaţiei pe baza informaţiilor- de cap magnetic şi gismentul radiostaţiei obţinute de Ia indicatorul KUS-1 şi respectiv la Tadi6compasul- ARK. Datele tehnice principale ale sistemului de curs TKS-P sînt prezentate în tabelul 15.5. Se· remarcă o· serie de performanţe superioare în raport cu celelalte sisteme de curs. De asemenea, în tabelul 15.6. sînt cu'"" prinse cîteva .caracteristici ale giroagregatului GA~3.

389 DUBLA

l

1

Tabelul 15.3

· Datele tehnice ale giroagregatului GA- lM Caracteristica

Valoarea 1

Momentul cinetic al giroscopului

1 765,2 ·10-3 ••• 1 961,33 ·10-3 kg rn2 s-1; (18 000 ... 20 000 gf. cm. s)

Turaţia

22 000 .•. 23 000 rot/min

rotorului

Deriva giroscopului la 30'

Cel mult 1°

Vitezele de coordonare în azimut: -normală; -rapidă

2 ... 5°/min; Cel puţin 10°/s

Alimentarea aparatului: - curent alternativ; - curent continuu

36±1,8 V, 400±8 Hz; 27±2,7 V

DimensiUnil-e de gabarit ale giroagregatulUi

300 X 272~X 252

Masa giroagregatului

Cel mult 10 kg

mm

d. Întreruptoarele corecţiei sînt destinate să asigure decuplarea eogiroscopului în timpul virajului. Se decuplează următoarele corecţii: a) corecţia orizontală pendulară a .giroagregatului; b) corecţia magnetică a siste~ului KS; c) corecţia pendulară transversală a centralei giroscopice de verticala. ·ŢGV. In acest scop se utilizează întrerupă toarele giroscopice de tip VK-53 RB ~i VK..;53 RŞ prezentate în cap. 12. Cea mai modernă variantă de întrerupător giroscopic de corecţie o reprezintă aparatul VK-90 la care- temporizarea se asigură cu un releu electronic. recţiei

15.5.3. Sisteme de curs pentru·avioane acrobatice KSI Sistemete de curs din seria KSI · se utilizează la bordul unor· avioane de vînătoare,~~ sînt destinate să determine capul adevărat, capul ortodromic şi ·gismentul radiofarului. De asemenea ele formează semnale electrice proporţionale cu aceste unghiuri. Schema bloc simplificată a

381

sistemului KSI este prezentată în fig. 15.10. Detaliile privind construcţia elementelor componente şi conexiunea lor se pot studia din schema prezentată în fig. 15.11. Elementul .eomponent principal al sistemului ){SI este glroagregatul GA-2. întrucît avioanele de vînătoare execută evoluţii la unghiuri de ruliu şi de tangaj nelimitate, pentru eliminarea

~cM 1 ~

~

fCA

~ Fig. 15.10. Schema bloc simplificată a sistemelor de curs pentru avioane acrobatice KSI: AGD-1 - . gil'OC)rizoP,t la

MS-1 -

tnecanism

DAK -

transmiţătocul

de

distanţă;

GA-2 -

coordonare;

giro.agregat;

UKL incttc.ator; astrocompasului; D-63 - bloc de legătură.

erorilor cardanice ale girosemicompasului, se prevăd două cadre supli:meritare de urmărire. Cadrele asigură practic stabilizarea inelului exterior de suspensie după verticala· locului (fig. 15.11). în acest scop se folosesc semnale de la giroorizontul AGD-1. Spre deosebire de sisterp.ele din .se~ia l):S, aici corecţia magnetică şi cea 'astronomică. se utilizează numru tin. timp scurt~. pentru. ·aducerea iniţială în poziţie normală de funcţionare a giroagregatului. Introducerea corecţiilor se face numai în zbor orizontal cu viteză constantă. în acest scop se apasă pe butonul de coordonare /( de pe pupitrul de comandă. Regimul principal de funcţionare al sistemului KSI este cel de girosemicompas. Spre deosebire de sistemul KS, semnalul sin cp de la pupitrul PU -3 (precum şi semnalele de corecţie a giroagregatului în regim CM şi CA) se introduc prin rotirea rotorului· unui selsin diferenţia! din mecanismul de coordonare MS-1. Prin aceasta se reduce gabaritul aparatului şi se simplifică construcţia lui. Semnalul CO de la MS-1 se aplică la indicatorul UKL-2 (sau UGR-4U) şi la alţi utilizatori. Indicatorul este conectat şi la radiocompasul automat ARK. De la indicator se culege un semnal proporţional cu abaterea At\1 de 'la capul programat GJv care se introduce fie manual, ·fie automat printr-un canal de radiolegătură. Regimurile de funcţionare ale sistemului KSI se pot înţelege dacă se examinează fig. 15.12. Butonul K are în figură poziţia corespunzătoare regimului GSK. Rotorul selsinului STeA este fixat pe axa inelului exterior al GSK, statorul pe cadrul· de urmărire de tangaj - care la variaţia capului se o

+Q

382

ţi

Fig. 15.11. Schema electrocinematică a sistemului de curs KSI: tradu:ctorul induGtiv de cap; KM-3 - mecanismul de corecţie; U-18 - amplifieator; UKL-2 - aparatul ind,icator al pilotului; ~ _; angrenaj; 2 - cadiran 'de il'lldicare a capului; 3· - index fix; 4 ..;_ buton de in:t.voducere a capului programat; 5 - axul mecanismului diferenţia!; 6 - roată dinţată; 7 - crucea di:ferenţialului; 8 - sateliţii diferenţialului; 9, 10 - roţi dinţate; 11 - axa diferenţia! ului; 12 - ac indicata~ de CJaiP; 13 - ac indicator de gismente; GA-2 - giroag•regat; 1 - rotor; 2 - inel de suspensie interior; 3 - inel de suspensie exterior; 4 - cadru de urmărire de tangaj; 5 - cadru de urm~f.re de ruliu; 6 - colffiutator lamel,ar al sistemului de co~ecţie "după cadru"; 7 - motocul canalului de •cor·ecţie "după cadru"; U-12 - bloc de amplificat()arre; MS-1 -mecanism de cordonare; PU-3 - pupitru de comandă; BR-4 - blo•c de relee. ID-2 -

~.·o--~

.•

poate considera fix faţă de avion. Poziţia rotorului faţă de stator este

arbitrară, căci giroscopul este liber în azimut. Înfăşurarea statorită a sel.. sinului STGA este conectată cu înfăsurarea fixă a statorului selsinului diferenţia! SDMs din mecanismul de 'coordonare MS-1. Rotorul SDMs în regim GSK se roteşte cu viteza sin cp. fiind acţionat de către moto-

+Q

r--------,

r--:_-----~ 1 1

1

1

f 1

Stotor

Rotor

:

_·ţ{. ~ . 1 ~---}

Y' ~ .

'~

1

1

.·

~

STeA

: 1

g GA-2' L--------~

1

: 1

1

1

Spre mdicoloJre

SDMs

1 1 1 1 1 MS-1

L-------

-

Fig. ·15.12. Conexiunea sistemelor de urmărire şi a selsinelor în sistemul KSI: giroagregat-; MS-1 - mecanism de coordonare; KM-3 - mecanism de corecţie; D-63 - bloc de legătură; M - motor; TG . '-- tqhogenerato·r; Rd - veductor; A - .amplifica,tor; PU-3 - pupitru de co-

GA-2 -

mandă.

:rul M prin reductorul Rd. Tensipnea u de la .pupitrul de comandă PU ~a este: ·pr,opor:ţională Ctţ Q S irl cp.! - . . În regim de corecţie magnetică obţinut prilt apăsarea butonului K şi punereaîntrerupătorului 1 pe poziţia CM (v. fig. 15.10) la intrarea amplificatorului se aplică semnale de la rotorul selsinului receptor 8 R 2K.M din mecanismul de corecţie KM-3. Simultan reductorul este comutat pe viteză mare de coordonare. Generatorul introdus în sistemul de actionare are rolul de a ameliora regimul tranzitoriu. Canalul funcţionează pî~ă cînd semnalul de la SR 2KM se anulează. Poziţia rotorului selsinului diferenţia! depinde numai de capul transmis prin canalul de corecţie (4;M)· La eliberarea butonului K sistemul KSI revine în regim GSK şi măsoară capul ortodromic CO. Analog funcţionează şi canalul de corecţie astro-

+

1

>

nomică.

Giromotorul GSK este acelaşi ca şi în cazul girosemicompasului GPK-52, avînd momentul cinetic de 2,4 kgm 2s-1 (24 000 gf cm s). Axa

principală de .rotaţie se menţine în plan orizontal aplicîndu-se corecţia după cadru. Blementul sensibil de comandă este format dintr-un

comutator lamelar cu contacte. În unele variante de sisţeme KSI, cum ar fi KSI-5, KSI-6, KSI-7 etc., s-a introdus cîte un giroagregat suplimentar de tip G-3M care se utilizează în regim de avarie. La unele va384

1

de

riante sisteme KSI se utilizează giroagregatul GA-2M care are lagăre oscilante şi asigură o precizie corespunzătoare la un moment cinetic de numai 0,4 kgm 2s- 1 {4 000 gfcms), în loc de 2,4 kgm 2 s...;.1 (24 000 gf cm s).

15.5.4. Sisteme de curs de precizie TKS Sistemele de curs de precizie TKS reprezintă instalaţii centralizate din mijloace de determinare a direcţiei de tip magnetic, giroscopic .şi astronomic.·. Ele echipează aeronavele de transport şi de pasageri în trei variante: TKS-P, TKS-Ps şi TKS-P2. Ele permit măsurarea capului ortodromic, capului adevărat şi capului magnetic. De asemene_? dau semnale electrice funcţie de aceşti parametri instalaţiilor de bord. In ca'lUl variantelor TKS-P şi TKS-.Ps se obţin şi indicaţii privind gismentul radiostaţiilor funcţionînd împreună eu radiocompasul ARK. De asemenea indică unghiul de derivă şi drumuladevărat funcţionînd împreună cu sistemul Doppler, Blocurile componente ·al~ sistemului TKS sînt prezentate în tabelul 15.4. Ca şi celelalte sist~me dec"Urs, sistemul TKS funcţionează alcătuite

Tabelul 15.4

Elementele. componente ale sistemului TKS agregatelor

Numărul

Reperul

Denumirea elementului

TKS-P

II)-3

Traductor inductiv Mecanism de Giroagregat

GA-3

Indicatorul navigatorului

US-3 US-3S

Blocul capulUi giromagnetic Blocul· de orientare Blocul de

corecţie

distanţă

Pupitru de Blocul de

comandă

distribuţie

Transmiţătorul ~5

de cap

- Aparate de bord

TKS-Ps

1

-

z 1

1

-

· BGMK-2

1

TKS-P2

1

1

1

KM-5 KM-5S

corecţie

i

-

1

1

-

2

2

-

1

-

-(1)

-

1

BP-5

1

1

-

BDK-1

1

1

-(1)

la PU-11 PU-11S

1

-

RB-2 ZK-4

1 '~

..;

1

-

1

1

-

1

1

-

385

în urinătoarele regimuri: a) de girosemicompas de înaltă prec1z1e GSK; b) de corecţie magnetică CM şi c) de astrocorecţie AC. Regimul principal este de girosemicompas, cînd se determină capul ortodromic în orice condiţii de zbor. În varianta TKS-P2 sistemul nu are indicator propriu de cap. Pentru afişarea indicaţlilor sistemul foloseşte indicatoarele sistemului automat de comandă ABSU. Pentru functionarea corectă sistemul TKS are nevoie de următoarele informaţii:. a) d.e unghiul de ruliu - de la giroverticalurile TGV -4~ ŢGV-10, AGD-1; b) de unghiul de derivă D de la sistemul Doppler (numai la varianta TKS-P); c) de gismentul radiostaţiei G de la ARK (nu..;. mai la varianta TKS-P); d) de întrerupere a corecţiei de la VK-53 RS sau VK-90; e) de drumul adevărat şi drumul ortodromic - de la corn.. pasul astronomic la distanţa DAK-DB-5V sau de la orientatorul solar.. stelar ZSO; . f) de drumul adevărat impus (programat) şi de sinusul !atitudinii locului (pentru corecţia automată· de latitudine) de la calculatorul de navigaţie NV. În continuare se menţionează cîteva particularităţi constructive şi de funcţionare ale sistemelor TKS-P (fig. 15.13). Agregatele giroscopice GA-3 se disting~ prin precizia înaltă de mă surare a capului ortodromic, obţinută ca urmare a utilizării lagărelor speciale pe axul inelului interior de suspensie a giroscopului. Este vorba de lagărele. cu- inel intermediar roti tor, care işi modifică sensul de rotaţie. 4upă 50-60. s. 'De reţinut că rotirea inelelor intermediare la cele două lagă_re se face în sensuri opuse. În felul acesta frecarea se reduce la numai 10-200/0 din valoarea normală (v. cap. 10). Erorile cardanice de ruliu se elimină prin utilizarea unui cadru suplimentar de urmărire. Axa proprie de rotaţie a giroscopului se menţine în plan orizontal aplicîndu-se sistemul de corecţie după cadru. În felul acesta se menţine poziţia ca. nonică a axelor giroscopului. Elementul sensibil al sistemului de corecţie este format dintr.;;.un ,traductor eapacitiv. Rotaţia cadrului de urmărire este limitată la 50·>~ .",'60° ctfajutorul tampoănelorelastice. Traducto:rul inductiv ID-3 c~re dă la ieşire· semnal reprezintă capul magnetic CM are unele deosebiri constructive faţă de traductorul ID-2. Mecanismul de corectie KM-5 care introduce corectia de declinatie magnetică este asemănător'eu mecanismul KM-3, cu decisebirea că p~r...; tea electronică a sistemului de urmărire este executată cu tranzistoare şi este montată în interiorul carcasei mecanismului KM-5. Indicatorul navigatorului US-3 permite să se citească în raport eu cadranul fix următorii parametri: a} cu acul indicator 1 - capul ortodromic (în regim GSK), capul giromagnetic (în regim de corecţie magnetică} şi capul astronomic (în regim de corecţie astronomică}; b) cu acul indicator 2 -drumul ade... · vărat curent (egal cu suma capului adevărat cu deTiva}; unghiul de, derivă D: · l~c se obţine. de la sistemul Doppler DISS; c) cu indexul triunghiu..:. lar 3 - drumul adevărat programat DAP obţinut de la~calculatorul de navigaţie NV. Unghiul DAP se poate introduce şi manual- cu ajutorul unei cremcHiere plasată pe partea frontală a indicatorului. Indicatorul de control al navigator-ului KUS--1 îndeplineşte următoarele funcţiuni: a) cu acul indicator 5 se controlează~, capurile conform regimurilor de funcţia,...

urr

-ce

386

1

menţionate; b) cu acul indicator 4 se controlează capurile magnetic şi astronomic~ precum şi gismentul radiostaţiei în funcţie de poziţia comu-

nare

tato:rull1! plasat pe indicator. · Pupitrul de comandă PU-11 cuprinde următoarele elemente: a) comutatorul K-1 care asigură conectarea corecţiei azimutale Q sin cp; b) co- · mutatorul K-2 pentru trecerea de la un regim de funcţionare la altul; c) comutatorul K-3 {cu· indexul "drum programat") care asigură introdu~ 1

2 4

5

Fig.15.13. Schema de principlU a unui sistem de curs de precizie TKS: traductor induetiv; KM-5 - mecanism de corecţie; GA-3 ..,... gi'roagreg,a:t; US - indicatorul. na,Vigatorului; KUS - indicator combinat; BP-5 - blocul de orientare; BDK-1 - blocul de cocecţie Ia distanţă; F'U-11. - pupitru de comandă; ZK - tr.ansmiţător de cap; ZSO - ·orientator solar-stelar; DISS - vitezometru Doppler; NV - rcalculator de navigaţie; DAP drum adevărat prog,ramat; ·ARK. - radiocom.pas automat.

ID-3 -

25*

387

Tabelul 15.5

Datele tehnice principale ale sistemelor TKS Caracteristica aparatului

Valoarea

Deriva admisibilă a giroscopului în regim GSK, în condiţii normale, cînd se zboară la !atitudini diferite de cea de etalonare; - cu mai puţin de ±20°; - cu mai mult de ±20°

+05°/oră·

±:o',8o

oră

+30'·

~

Deriva suplimentară a giroscopului. în regim GSK sub acţiunea aceleraţiilor şi variaţiei de altitudine Eroarea de determinare a capului giromagnetic cu selsinele de cap ale lui GA-3, KUS-1 şi BGMK-2 Erorile pq)prii ale selsinelor sistemului ·de urmă-: rire: - din canalul grosier; - din canalul precis

±8' '

Erorile indicatoarelor: - pentru capul programat, ZK; - pentru unghiul de drum; - pentru gismentul radiostilţiei ... ... . ..... .

)

.-;

...

"""-·'~' .~

;;

<>~<>··~-~ ~-

~.·.

~·'-

·~·-

Regimurile de funcţionare al~c sisteni1J.ill.i -de girosemicompas, GSK - de corecţie magnetică şi astronomică

Nelimitat; de scurtă durată, 3-4 minute la fiecaTe corectare

Durata de pregătire a sistemului: - î n regim de CM şi CA; - în regim de GSK

5 min 10 min

Alimentarea aparatului (puterea consumată): - în c.a~ trifazat 36±1,8 V, 400±8 Hz; - în regim de pornire; - in c.c~ 27±2,7 V (fără încălzire)

Puterea •consumată de sistemul de moreglare (sc·urtă durată)

Masa sistemului TKS-P (TKS-P2)

încălzire şi

Cel mult 200 V A; cel mult 300 V A; 90

waţi

600

waţi

ter-

44 kg (36 kg)

388

1

Tabelul 15.6"

Datele tehnice principale ale giroagregatului GA -3 Valoarea

Parametrul

Momentul de

inerţie

al giroscopului

8 433,72 gcm2 ; (8,6 gf·cm·s2)

'

Viteza de

rotaţie

a giroscopului

22 000 ... 22 500 rot/min 1,961 kgm2 s--..1 ; (20 000 gf·cm·s)

Momentul cinetic

--

Deriva admisă a giroscopului i - la temperatura de 20±10°C; - la temperatura de la -50 ... +50°0

Cel mult 0,5~f!_ră · cel mult 1°/o a

Viteza de coordonare -normală; -rapidă

Cel mult 0,7°/min; cel mult 2°js

Dimensiunile maxime de gabarit

292 X 290 X 285 mm

Masa giroagregatul ui (cu amplificatoare)

Cel mult 12";3 kg

cerea drumului programat în regim GSK; d) comutatorul K-4 (cu index ,,corecţie") permite cuplarea giraâgregatului principal sau a celui de control in regim de corecţie; e) comutatorul K-5 (index "consumator") asigură conectarea agregatelor ce necesită informaţii de cap la giroagregatul _principal şi la cel de control. Pe pupitrul PU~11 se mai găseşte şi butonul de coordonare rapidă care se acţionează în r~gimurile CM şi CA. Sistemul TSK-P este prevăzut cu două becuri de semnalizare pla~ sate pe pupitrul PU-11 care avertizează ,echipajul dacă au apărut defecţiuni. Transmiţătorul de, cap ZK-4 este destinat să permită· aducerea de la distanţă a giroagregatului în poziţia iniţială normală de lucru cu ajutorul unor semnale exterioare. Comutatorul K-8 plasat pe partea frontală a aparatului se poate roti în două poziţii: AK şi ZK. În poziţia AK transmiţătorul de cap este decuplat de la sistem, iar corecţia se face de la astrocompas. În poziţia ZK capul se, introduce prin transmiţătorul de cap î!l funcţie d~ informaţiile exterioare. (fig. 15.13). Blocul de orientare BP-5 cuplat prin intermediul comutatorului K-6 asigură elaborarea semnalelor privind relevmentul radiostaţiei pe baza informaţiilor de cap magnetic şi gismentul radiostaţiei obţinute de la indicatorul KUS-1 şi respectiv la -radiocompasul ARK. Datele tehnice principale ale sisterr{ului de curs TKS-P sînt prezentate în tabelul 15.5. Se remarcă o serie de performanţe superioare în raport cu celelalte sisteme de curs. De asemenea, în tabelul 15.6 _sînt cuprinse Cîteva caracteristici ale giroagregatului GA~3.

16

PRINCIPIILE STABILI ZĂRII GIROSCOPICE

16.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

În ultimii ani la berdul aeronavelor se utilizează tot mai ·frecvent aparatele giroscopiceeomplexecunoscute sub denumirea de centralegiroscopice. Dacă îndeplinesc rolul giroorizontului ele se numesc centrale girosc.opice de verticală, iar dacă însumează atît rolul giroorizontului cît şi al girosemicompasului e'le se numesc centrale giroscopice de cap şi verticală. întrucît în componenţa acestor aparate intră două sau mai multe giroscoape, ele se mai numesc sisteme giroscopice. Tendinţa de utilizare a sistemelor giroscopice se explică prin performanţele superioare obţi... nute~.. Pe lîngă. faptul . că. ~î!ltrn~i preci!;~ciecît aparatele giroscopice ,,clasice", ..sist~l~ . '~Osd0~i.cen;p~2iintăDl!hrilhtB:j'ul'·:cde~.g3centraliza·.culegerea informatiilor ·privind miscările de· :eotatie ale âeronavelor de~ o singură sursă: centrala giroscoplcă. Dispozitivele giroscopice · care asigură stabilizarea unor agregate se numesc· girostabilizatoare, stabilizatoare giroscopice 'sau platforme stabilizate giroscopic. Se. deosebesc girostabilizatoare directe şi .indirecte. În cazul girostabilizatoarelor directe echilibrarea cuplurilor forţelor exterioare care tind să modifice poziţia obiectului stabi.:.. lizat se asigură direct prin cuplul giroscopic. În cazul stabilizatoarelot giroscopice indirecte, giroscopul are rolul numai de a măsura unghiul (sau viteza) de abatere· a obiectului stabilizat faţă de poziţia impusă î!l spaţiu·. Din punct de vedere constructiv girostabilizatoarele pot fi mono, bi şi triaxial~ (sGţu spaţiale). La rîndul lor girostabilizatoarele monoaxiale pot fi monorotor Şr birotor, iar cele· biaxiale - birotor şi .tetrarotor~ Desigur, cel mai simplu girostabilizator este giroscopul asta tic în sus.pensie cardanică. Dar sub acţiunea- cuplurilor perturbatoare, el se abate mult c}e la poziţiaimpusă în spaţiu, căci echilibrarea acestor cupluri revine integral cuplului giroscopic al rotorului. Spre deosebire de acesta) în cazul girostabilizatparelor de forţă cuplul forţelor perturbatoare exterioare sînt echilibrate riu numai de cuplul giroscopic; ci şi de cuplurile

la

390

-

-

dezvoltate de m,otoarele- electrice ale dispozitivului de descărcare sau de către motorul sistemului .de urmărire care măreşte stabilitatea platformei în spaţiu_ şi, prin_u~are, micşorea:ză viteza ei proprie de precesie.

16.2. GIROSTAlULIZATOR DE -FORŢĂ MONOAXIAL a. Girostabilizator monorotor. Schema_ cinemati că a girostabilizatorului monorotor este prezentată în fig~ 16.1. Obiectul stabilizat 1 este fixat pe inelul exterior de suspensie. Girocamera 2 este astfel montată încît în poziţie iniţială axa Oz a rotorului să fie perpendicl.llară pe axa inelului exterior care, în. acest caz, reprezintă platforma st'abilizată. Axa acestui inel: se cnUm.eşte- axă stabilizată, iar axa _girocamerei - axă de precesie. Pe axa gir()cartlerei se monteăză untraductor de unghi de precesie TU şi un_-- traductorc de cuplu -TC. Pe-• qaza_-_dg montaj se fixează servomotorul SM, al cărui rotor este legat cinematic -prin angrenaj de axul inelului exterior. Comanda servomotorului SNI se face cu semnalul dat de TU după amplificare. Circuitul format de TU, A şi SM se numeşte circuit de stabilizare._

.

~

.

-

Fig. 16.1.' Gir-ostabilizator monoaxial cu un giroscop:

'1 --- oibiectul stabilizalt; z _ - girocamewă; _Te_ - _t:raductor de- cuplu; TU - traduţto.r de ungb.i; SM servomotor; A ...;_ amplificator.

Pentru studiul g-irostabilizatoarelor se utilizează două sisteme de r0fe:dn_ţă:< triedruf mobil Oxyzlegat de girooameră, orientat ca in fig. 16.1 şi triedrul 0~7}~ legat de corpul girostabilizatorului, axa O~ fiind orientată _după ax9- de: stabilizare; Poziţia girocamerei în raport cu sistemul 0~1}~

~·

determină.

prin unghiul

~·

·-de·

prin :rotaţie

unghiu~

,(X de rotaţie în jurul o~ şi a- girocainerei în raport cu . axa Oy.

391

Vitezele cx şi ~ reprezentate în fig. 16.1 se consideră pozitive. Inise- presupune că cele două sisteme de referinţă coincid ( cx-i~=,P). Se mai presupune că asupra platformei (inelului exterior) se aplică forţe care tind să o rotească în jurul axei de stabilizare, care crează cuplul Mv· Conform teoremei lui Resal, giroscopul execută mişcare de precesie în jurul axei Oy (numită axă de precesie) cu viteza 0v=MvfK, iar inelul exterior de suspensie rămîne fix. Deci în primul moment girostabilizatorul de forţă funcţionează ca un giroscop obişnuit cu două grade de libertate pe a cărui axă a cadrului exterior de suspensie acţionează un cuplu exterior. La acţiunea îndelungată a acestui cuplu axa proprie de rotaţie se poate suprapune peste axa inelului exterior de suspensie, situaţie în care se produce colapsul giroscopic. Pentru a interzice rotaţia ~ a inelului interior de suspensie, girostabilizatorul este prevăzut cu dispozitiv de stabilizare. Traductorul de unghi TU dă la ieşire semnalul U ru=k1 ~' unde k 1 este p'ânta. După amplificare se obţine semnalul U A=kAUrv care aplicat servomotorului determină apariţia cuplului M=1kmU A=kmkAktf1-k~. Motorul acţionează astfel încît cuplul M să fie opus cuplului perturbator Mv. În regim stabilizat M=k~st, iar din relaţia de echilibru M=.Mv rezultă ~st Mvfk. Deci motorul SM are rolul de a cOmpensa cuplul perturbator, motiv pentru care se numeşte motor de descărcare sau motor de stabilizare. Dacă cuplul Mv se anulează, sub acţiunea cuplului M giroscopul revine în poziţia iniţială cu ~=;0 şi U ru=O. La rotaţia platformei în jurul axelor 0'Y) şi Ot, nu se mai produce fenomenul stabilizării. Din acest motiv dispozitivul prezentat se numeşte girostabilizator monoaxial. Traductorul de cuplu TC cu care este echipat girostabilizatorul are rolul de a permite aplicarea unui cuplu după axa de precesie, care provoacă rotaţia cadrului în jurul axei de stabilizare. Într-adevăr, dacă TC dezvoltă după axc,t 0'Y) cuplul Mrc, apare o mişcare de precesie în. jurul axei 0~. Datorită "rotaţiei inelului de suspensie, după axa·O~ apar cupluri de frecare, cum şi alte cupluri perturbatoare (de descentrare etc.), care se opun rotaţiei inelului. Aceste cupluri. provoacă precesia în jurul axei 01}, iar ·traductorul de unghi TU generează un semnal care se aplică la motorul de stabilizare SM. Acesta, prin cuplul dezvoltat, compensează cuplul de frecare şi celelalte cupluri perturbatoare ce acţionează după axa de stabilizare. ţial

b. Girostabilizator birotor. Reacţiunea giroscopului la rotirea cadrului exterior de suspensie în jurul axei de sţabilizare încarcă suplimentar motorul de stabilizare cu un cuplu care, ca valoare -este comparativ cu sarcina dată de cuplurile exterioare perturbatoare sau chiar mai mare. în afară de aceasta, în regimuri dinamice, cînd se modifică rapid sensul şi valoarea vitezei de rotaţie .·a platformei, re acţiunea giroscopului poate provoca apariţia unor erori dinamice. Girostabilizatorul birotor prezentat în fig; 16.2 înlătură aceste neajunsuri. Pe cadrul exterior sînt montate două giroscoape identice avînd momentele cinetice K 1 şi K.,2 egale ca modul, dar opuse ca orientare. Ele asigură stabilizarea în jurul axei OE ca şi în cazul girostabilizatorului monoaxial. Avantajul schemei iese în evi392

1

denţă la rotirea în jurul axei 07) cu o viteză unghiulară
Fig. 16.2. Girostabilizator monoaxial cu TU1, TU2

-

două

giroscoape:

traductoare de unghi; TC - traductor de cuplu; A plificator; SM - servomotor.

am-

fără

a mai încărca suplimentar axa O~ şi motorul de stabilizare. La un studiu mai riguros trebuie remarcat eventual că cele două cupluri pot prQvoca o oarecare deformare a cadrului.

16.3. TEORIA SIMPLIFICATA A GIROSTABILIZATORULUI a. Ecuaţiile diferenţiale ale girostabilizatorului monoaxial. În continuare se prezintă pe scurt şi cu unele aproximări teoria girostabilizatoa~ relor. Se scriu ecuaţiile de momente după axa O~ şi după axa Oy. La mişcarea în jurul axei OE participă cadrul, girocamera şi rotorul, -în timp ce la mişcarea în jurul axei Oy participă numai girocamera şi rotoruL Unghiul~ de rotaţie în jurul lui Oy se consideră mic, astfel încît cos ~~~1. Cuplurile în raport cu axa O~ sînt precizate în tabelull6.1, iar cuplurile ce acţionează în raport cu axa Oy sînt date în tabelul 16.2. Cuplul M deivoltat de motorul de stabilizare cuprinde şi termenul ~1-1 care reprezintă un cuplu de stabilizare la vitezele unghiulare ~. Rezultă (fig. 16.3)

că vitezele unghiulare r;; .şi ~produc cuplurile giroscopice Mg 1 =KX ~ şi

393

M_@'~Kx~. Din condiţia de echilibru a cuplurilor din tabelul 16.1 se ob-

ţine ecuaţia

de

mişcare

în raport cu axa de stabilizare ••

•

adică:

• - *

-Acx-Krk~-r-.ux+M~;-0,

iar în baza relatiilor din tabelul 16.2 port cu· axa de p~ecesie:

rezultă ecuaţia

•• - •

(16.1)

de

mişcare

în ra-

*

-B(3+Kcx+MTc+M 11 =0.

(16.2) Tabelul 16.1

Cuplurile

după

axa de stabilizare Proiecţia

Denumirea cuplUlUi

Cuplul dezvoltat ·de motorul SM

-k(3 -fJ.tX

r

Cuplul de

--

=,..

A: Momentul de inerţie al sistemului în raport cu axa

M* e

Cuplurile aplicate din exterior asupra cadrului Cuplul ·giroscopic

Observaţii

pe axu oi;

~Kă

-

o~

.-Arx

inerţie

Tabelul 16.2

Cuplurile

dup~_axa

precesie

1

Denum1rea cuplului

Proiecţia c

..

Cuplul traductorului de cuplu

MTO

Alte cupluri aplicate asupra girocamerei

M* y

Cuplul giroscopic

K~

cup lul.·de 'inerţie·

Ba

S-a obţinuf astfel sistemul de ecuaţii diferenţiale rului monoaxiâl. care se scrie sub forma:

.

.{A:+K~+ k.!Hrt~. • M~; .. B[3~Kcx-MTc+M11 •· 394

· Observatii

pe axa·Oy,

.

B. Momentul de inerţie al giromotorului in raport (!U axa Oy

·al

girostabilizato-

(16:.3)

b. Mişţarea âenutaţie a girostabilizatorului. Se~consideră că sînt îndeplinite condiţiile JJ.=O, k=O,. M~ =M; _ MTc--:-0 situaţie în care din (16.3)

rezultă:

{

~+K~. D;

A.

(16.4)

.B (?,-l{jcx ="O.

Se introduc notaţiile ~(t)==x(t) şi ~(t)=:y(t), cu care sistemul de ecuaţii (16.4) devine:

A~+Ky=O;

l]

y

iJg,

(16.5)

{ By-Kx=O.

fl

e

Eliminînd _pe·- y şi notî:n.d- ·tJ-•-. ~···· ci .K2 /(t}-B) se obţine ecuaţi~ diferen.-. ·· -..-...~-..-.....-.-;..--,....---X ţia:lă x+n2 x=0, care ·admite soluţia x==C sin (nt+s), C şi s fiinq constante de integrare, care se determină din condiţiile iniţiale. Dacă la t=O, x= • Fi. 16.3. Vitezele unghiulare şi cuplurile ==Wo şi x=O rezultă C_..:_x0 şi s=:rr;/2 giroscopice. astfel încît x(t)-:x0 cos nt. Introducînd pe x(t) obţinut în prima ecuaţie din (16.5) se obţine y- ·Anx0 sin nt{K. Dacă acum se revine la variabilele a(t) . şi · ~(t) şi ţinînd seama că x0 =!~ 0 rezultă în final: •

cx(t)= ~ sin nt; n

•- A ~(t)=1cx 0 K

(1-cos nt).

(16.6)

Din. soluţiile (16.6) se· _observă că girostabilizatorul execută_ oscilaţii armonlce{cadrul în Jvrul axei. s~ Q~~ iar girosc6pul Î11jurţrr ~eLd~ precesie) cu -pulsaţia n-KlVAii şi peri:Oada '!! ··2rt..4,_ABtK~ 1\.(:eiffită mişcare avînd acelaşi caracter ea şi în <::azul giroscopului astatic rapid se va numi nutaţia giţostabilizatorului. '])iza: ·aceleaşi considerente se pot neglija termenii Aat şi B~ care o generează· astfel că din (16.4) se reţin numai ecuaţiile de precesie sub forma K~=O; K;_ _O, de unde prin integrare rezultă at~const ~=const. Deci giroscopul şi girostabiHzatorul îşi menţin neschimţ>ată poziţia în spaţiu dacă· Mi •- M; : MT.c~:O. ••

"

--

• • >'

' .·

'- " -_,

':

-

c. Influenţa cuplurilor c~ acţionează după axa 0~. De data ace?.sta n~. !ntetesează initaţia~ motiv pentru care se renunţă la termenii A.at şi B~. De asemenea în (16.3) se presupune MTc=M; =0, astfel că se po~te scrie: · (16.7) 39:5

\~~---=~------------~·

l

Din a doua ecuaţie a sistemului (16. 7) mite să se scrie prima ecuaţie sub forma:

rezultă că

cx:::::::O, :ceea ce per{16.8)

ecuaţie

ce admite

soluţia generală:

tl.-e -u+ k_.!.·M* ~-~-· e _~;'

(16.9)

e

este o constantă de integrare, iar 'f...=k{K. Dacă se pune condiţia iniţială: la t=O, ~{0)=0 se obţine e=.-.-M~fk,

unde

iar (16.9) devine: (16.10) Şi

evident lui cx(t)=O îi corespunde cx(t)=const. În concluzie dacă după axa se aplică un cuplu de moment constant M~, cadrul exterior rămîne practic fix, iar axa girosc?pl.ilui deviază cu unghiul ~ care tinde către o valoare stabilizată ~s-r=Mfk. Acest rezultat coincide cu. cele arătate anterior aplicînd teorema lui Resal.

oe

-

d. Influenţa cuplurilor ce acţionează după axa Oy. Dacă în sistemul de ecuaţii (16.3) se omit termenii A~ şi B~·, iar M~...:_Mrc=O, rezultă:

K . ~+k~+;_ ~=O; {_lfcx=-NI~;,.

(16.11)

Din cea de a doua ecuatie_ a sistemului t!fi'.lll_se ()bţine cx=-M;tf determină punînP. condţţia ca la t-::-0,- « O. Se obţine_ e1 _:_Q-. Înlocuind expresia lui cx(t) astfel obţinută în (16.11) rezultă: ·

K+C'b l!nqe. e1 este o consta11t~ de integrare care .~e

•

k

fl.M;

~+_K~=K2' ecuaţie

ce admite

-

soluţia generală: M*

~(t)=Ce-~t + LL~

(16.12)

kK

Dacă

se .consideră

că

la t=O,

~=0,

M*

se

obţine: C=- 11-k:.

iar pentru

. !J.M;

t~oo, f3.--7~st=

--· kK

în concluzie sub acţiunea unui cuplu aplicat după axa girocamerei, cadrul exterior se abate monoton de la poziţia iniţială cu o viteză un-

ghiulară ;_~M;fK. Din acest\~otiv, pentru a obţine o precizie înaltă- de stabilizare este neeesar să se inicşoreze cuplurile perturbatoare după axa de precesie. Existenţa cuplului provoacă rotirea giroscopului şi jurul axei de precesie, dar cu un unghi limitat l3st· Acest unghi se anulează dacă fJ.=O, adică dacă nu există cuplu de amortizare după axa de stabilizare. Sensibilitatea girostabilizatorului faţă de cuplurile se aplică şi în scopuri utile. Astfel, dacă este necesar să fie rotit cadrul exterior in jurul axei de stabilizare, se aplică cuplul Mrc de către traductorul TC. Din a doua ecuaţie a sistemului (16.11) se vede că rezultă mişcarea de rotaţie dorită acelui cadru cu viteza unghiulară \1.-Mrc/K.

M;

î:n

M;

Funcţia de transfer a girostabilizatorului monoaxial. Ecuaţiile difeale mişcării platformei stabilizate se pot algebriza dacă se introtransformarea Laplace ~în ecuaţiile tuturor elementelor ce asigur_?

e.

renţiale

duce stabilizarea reprezentate în fig. 16.4. Transformatele Laplace ale lor elementelor de mişcare în raport cu axele Ox şi Oy sînt:

ecuaţiil,

As2 \I.+Ks~=Mrx;

(16.13)

Fig. 16.4. Schema glrostabilizatorului monoaxial: platfoll"ma stabilimtă în jurul ~ei ax; 2 - gwoscop cu un grad de libe-rtate; 3 - tmductor de unghi; 4 - circuit de corecţie; 5 - amplifica tor; 6 - motor- de des.cărc.are (servomotor). 1 -

Traductorul de unghi 3 are ecuaţia Urv(s)=kru(3(s), iar tensiunea Um motorului de stabilizare 6 se obţine după trecerea semnalului Uru prin circuitul -de corecţie 4 şi: prin amplificatorul 5. -Se obţir~_e Um=kaYc(s)Uru(s), unde Yc(s) este funcţia de transfer acircutului 4. Motorul de stabilizare are ecuaţia (Ts+1)M=kmUm, iar cuplul aplicat după axa Ox a platformei este Mx=Mp+M. În fig. 16.5 este prezentată schema aplicată

funcţională a platformei prevăzută cu circuit de corecţie con€ctat în serie. Pe_ baza -relaţiilor menţionate se obţin funcţiile de transfer:

- ·-

· .(3(s)

- (Ts,+ 1)-

-

-

-----------,.--------,M AB

--

11

(16.14)

(Ts+1)- s3+Ks (Ts+1)+kpukakmY~(s) K - . . .

a(~==----~---A~(_T_s+~1)~sf_K__________

Mp_ a(s)

AB s3(Ts+1)+Ks(Ts+1)+kpukakmY c(s) K_ Ks(Ts+1)+kpukakmY c(s)

Mv

AB(Ts+ l)s3jK + Ks(Ts+ i)+kwkakmY c(s)

My

---

....

(16.15)

(16.16)

/3

____ f3 Fig. 16.5. Schema

funcţională

a girostabilizatorului monoaxial cu corector serie.

Aceste funcţii de transfer permit să se studieze comportarea platformei sub acţiunea cuplurilor aplicate MP - după axa de stabilizare Ox şi My după axa de precesie. Studiul se face admiţînd anumite expresii pentru funcţia de transfer a circuitului de corecţie.

f~-_.Co'f!diţia_ .de'stabutt~te·-·a~giro~feţ~lizo.tofrql~~~- -·_Se_ spune că_ girostabilîzatorul este·';stabil (facă:; oscilaţ}ile ~produse' fde' 'O =perturbaţie iniţială se amortizează -în timp. În caz contrar girostabilizatorul se consideră instabil şi nu-- poate fi utilizat în practică. Studiul stabilităţii se face plecînd de la ecuaţiile (16.3) în care se-ia Mi =Mrc-iM; =0. Din cea de a doua ecuaţie a sistemului (16.3) rezultă 'f>=Krx/B sau, integrînd: .•

K

'P=B rx+C . 1•

(16.17)

Derivînd ~rima ecuaţie a sistemului (16.3) în :raport cu timpul şi substituind pe rp din (16.17) rezultă:· (16.18)

Conform criteriului lui Hurwitz; sistemul este stabil dacă sînt pozitivi adică:

ciei).ţ~i e_cuaţiei (16.14)

·

1:. ·a >o· A. - :r 1 - '

398

K2

-

AB

-.- •

.

-kK

-.

-

-=a2>0;. .;:._: ==a3>0 . ' .AB - --

toţi

coefi"""

şi -dacă· determinantul ltrl H'qrwitz este pozitiv adică· a1 a2~a3 >O. Condiţia de pozitivitate este întotde'auna satisfăcută. Este mai dificil de satisfă cut condiţia a1a2 >a3 care conduee la ll>kAfK, avînd-în vedere că pentru a .obţine .deviaţii ~-mici trebuie să se ·ia valori mari pentru k,. ceea ce

contravine .condiţiei de mai sus.

16.4.

GIROST~ILIZATOR

BIAXIAL

Girostabilizatoarele monoaxiale se Jntîlnesc foarte rar ca dispozitive individuale. De regulă ele intră în componenţa girostabili:Zatoarelor biaxiale şi triaxiale care sînt frecvent uti:izate în tehnică. Schema de principiu a unui girostabilizator biaxial se poate vedea în fig. 16.6. Platforma stabilizată P,, este sUSJ)~nda.tă cardanic astfel că se poate roti faţă de corpul stabilizator-âJufîri~ jl.n·ur~a; două axe reciproc perpendiculare Ox şi Oy, reprezentînd ax~le de stabilizare. Pe platformă sînt montate două giroscoape identice cu. U.n grad de libertate, GJX. şi_ Gy. în poziţie iniţială vectorii ~ · şi Ky sînt perpendiculari ·pe planul platformei. Pe axele de precesie ale· giroscoapelor· sînt-· pfasate traduct()arele de unghi TU 1 şi .TU2 l

Fig. 16;6; Girostabilizator biaxial: p·lat:llooma stabilizată; A - am];)ill~cator; SMz• SM11 - servomotoare; Ttlz• ·TU - tm:ductoare de unghi d~ pe ..axele_ stabilizate; TU,. Ttl_2 - tra1 ductoare.de unghi de pe axele· de pr~esie; TC,. T~ - traductoar·e de cuplu de pe axele dle precesie; A - amplificator.

P

~

precum şi tradu.ctoarele de cuplu TC 1 şi TC 2 • De axele inelelor de suspensie· cardan,ică şînt l~gate cinematic .prin angrenaje rotoarele. motoarelor de stabilizare SMx Şi SMy. Fiecare axă de ·stabilizare are cîte un canal de acţio:nare format din traductorul··•de ·unghi TU, amplificatorul A şi motorul SM. Orice :rotire a platformei de·la poziţia iniţială în jurul axe-

399

1

.2

1

lor Ox sau' Oy datorită acţiunii unor cupluri perturbatoare este: sesizată .prin precesia giroscoapelor. Traductoarele de unghi comandă motoarele de stabilizare, iar acestea dezvoltă cupluri care echilibrează cuplul perturbator. Astfel se realizează stabilizarea platformei în jurul celor două axe. De remarcat faptul că platforma P nu este stabilizată în raport cu axa Oz. Dacă vehiculul pe care este instalată platforma se roteşte în jurul acestei axe, giroscoapele nu vor reacţiona, iar servomotoarele nu primesc semnale de comandă. Stabilizatoarele biaxiale_ se utilizează frecvent la bordul aeronavelor, rachetelor şi altor vehicule. Dacă platforma P se cere să fie stabilizată în plan orizontal, ea trebuie echipată cu un dispozitiv suplimentar sensibil faţă de verticală. În acest caz girostabilizatorul devine- o centrală giroscopică de verticală.

16~5. CENTRALAGffiOSCOPICĂ

DE VERTICALA

ŢGV-4

Centrala giroscopică de verticală reprezintă _un girovertical cu_ două giroscoape realizat pe principiul girostabi~i;z:atQru.lui biaxial de forţă. Schema cinematică simplificată a centralei- ŢGV-4 este prezentată în fig. 16.7. Cele două giroscoape 4 şi 12 (cu un grad de libertate) au moz 2

3

y_

IJ

12

~

Fig. 16.7. Schema dnematică simplificată a giroverticalului central ŢGV-4:

'mc>toare de sta:bilizar~; 2, 3, 8, 13 - potenţiOIIIletre; 4, 12 - giroseoape; 5 ..,.... cal'casă de suspensie; 6, 11 - motoare de cocecţie; 7 -- inelul -exterior de suSIPenste; 9 ..:.. comutator penduJJar cu lichid.

-1,: 10 -

400

1

şi

~eşi

mentele cinetice K 1 K2 orientate în sensuri opuse. Ele sînt montate· în suspensia cardanică fOrmată de carcasa 5 (inel interior de suspensie) şi· cadrul 7 al cărui ax de rotaţie este paralel cu axa longitudinală a avionului; Se prezintă pe scurt funcţionarea centralei ŢGV-4 în regim de nivelare iniţială şi în regim de stabilizare. a. Regimul de nivelare iniţială . .Întrucît giroverticalul central nu are dispozitive de blocare, în momentul alimentării, suspensia cardanică se poate găsi-in orice poziţie. Pentru aducerea rapidă în poziţie normală de funcţionare, aparatul este prevăzut cu două pendule mecanice (7 şi 10 pe

Fig. 16.8.

CQnstrucţia

centralei giroscopice,

ŢGV-4:

comutator pendu1ar cu lichid; ~ - gtroscop; 3 - potenţiometru; 4 .- pontenţio metru de tangaj ; 5 - inelul interior de su~pen,sie (care.asă cilindrică) ; 6, 8 - mo... tQa!l'·e . de .. co.rec~ie; 9 - potenţiometru de precizie pentru ruliu; 7,. 10 - comutatoare pendulare; 11 - inelul eXterior de sUISpensie; 12 - potenţiomefru de ruliu; 13 - potenţiometru; 14 giros,cop; 15 - motor de stabiliZia,re; 16 - potenţiometru precis de tangaj ; 17 - motor de co.recţie; 18 - carcasa aparatului. 1 -

fig. 16.8) care -sesizează abaterea platformei 5 faţă de verticală. Pendulele; cu ajutorul unor contacte, pun sub tensiune motoarele electrice de stabilizare 1 şi 10 plasate pe axele celor două inele de suspensie (fig. 16. 7). Cele două motoare aduc axa Oz a platformei la verticală cu o precizie de +2°. Desigur, aceasta este o nivelare grosieră. Nivelarea precisă se asi26 - Aparate de bord

~01

1

gură- -cu ajutorul sistemului de corecţie- format din comutatorul pendular cu ·lichid 9 şi motoarele de corecţie 6 şi 11 care aplică direct pe axele de precesie ale giroscoapelor 4 şi 12 cuplurile de corecţie necesare. Mo- . torttl 6 ap-lică cuplu de corecţie după axa x 1 obligînd giroscopul 4 să se rotească în jurul acestei axe. Asemănător, motorul11 obligă giroscopul12 să se rotească în jurul axei y 2 • Potenţiometrele 3 şi 13 culeg semnale proporţionale cu· unghiurile de rotaţie şi comandă motoarele 1 şi 1O care aduc axa z a inelului- interior în poziţie verticală. Aşadar la corecţi a precisă participă: comutatorul jJendular cu lichid 9, motoarele de corecţie 6 şi 11~ gîroscoapele 4 şi 12, potenţiometrele lor 3 şi 13 precum şi motoarele de stabilizare 1 şi 10. Motoarele 6 şi 11 provoacă apariţia unor cupluri giroscopice dar, valoarea lor fiind mică, nu au o participare consistentă la procesul de corecţie fină.

b. RegimuL ţie stabiUzar~. Se presupune că la mişcarea de ruliu a avionului, frecarea pe potenţiometrele 8 determină acţiunea unui cuplu perturbator_ după axa inelului exterior 7 de suspensie. Acest cuplu provoacă precesia giroscop-ului -4 (nu şi a giroscopului_l2). Ca urmare, de pe Tabelul 16.3

-

~-

Date tehnice ale- aparatului

ŢGV- 4

Caracteristica (parametrul)

Eroarea la

funcţionare

Valoarea

pe un sup()rt Il1obil

±15'

Deriva la decuplârea cor~e_ti:e!: Viteza de nivelare

?'!; ' Q,3.~!lciefmin

-- :c.~"~,-·

O, 7 ... 2 grade/min

precisă

4 min

Timpul de pornire Pragul de sensibilitate a traductoarelor. de ruliu tangaj

şi

Momentul clnetic al giroscoapelor Unghiurile adrrilse Jie rotaţie ale inelelor de sus· pensie: - pe axa de- ruliu; -- pe axa de tangaj Alimentarea in c.a trifazat Greutatea aparatului

402

l

L_

~ ~·::.;-):..'"-

15 min 0,39~W kg

m 2s-1

(4000 gf;cm·s)

Nelimitat ±70-grade 36 V, 400 Hz

7,8 kg

potertţiometrul 3 se culeg~"un semnal electric care se aplică la motorul

de~ stabilizare· 1. Acesta creează după axa inelului exterior de suspensie ·un cuplu care echilibrează cupluLde frecare (sau cuplul perturbator). Deci axa Oz va rămîne· în poziţie verticală. Sistemul funcţionează la fel ·şi la acţiunea unui cuplu perturbator după axa inelului interior de suspensie. Prin urmare carcasa cilindrică cu ţ"ol de inel interior de suspensie este

stabilizată după vertic~lla locului. Semnalele utile de rtiliu şi de tangaj se culeg de la potenţiomefrele 8 şi respectiv 2. Corecţia transversală a centralei ŢGV-4 se decuplează în viraj de către întrerupătorul VK-53 RB. Detaliile constructive ale acestui aparat se _pot vedea în fig. 16.8, iar unele date tehnice în tabelul 16.3. -

Fig. 16.9. Schema. cinematică a giroverticalului MGV: 1, 2, 3, 4 - traductoare potenţiometrice pentru unghiurile de ruliu şi de .tang:aj ; 5, 6 - transformatoare rotati\"e de sinus-cosinus;. 7 - p1atllormă stabilizaJtă vertical; 8 - inel exterior de suspensie; 9 - carC.asa centralei , gi!r:oscopice de verticală; 10, 11 ""- girorscoape cu un grad de libertate; 12, 13 rotoa.rele giroscoapelor; 14~ 15 - -lagăreM inelelor de su~ensie ale gir'oscoapeloir; 16, 17 - tradUJCtoar~ .potenţiometrice .oentru unghiurile de precesie ale giroscoapelor; 18, 19 - traductoare speciale (motoare) de. cuplu; 20, 21· - ,amplifioa.toare; 22, 23 - motoare de .descărcare ~stabiliZlare) ; - ·· ·· ?~25 - comutatoare pehdulare cu lichîd~

O variantă perfecţioriată de centrală giroscopică de verticală este giro;\ferticalul central d1:f'-gaba:rit mieM&V~lSK (fig~.-16.9). El, intră în compon"en:ţa'c sfstemulUi ''automat de comandă ABSU-154 şi -are unele perfor. . 26*

403

......

1

~~----~--~-

1

manţe superioare faţă. de giroverticalul ŢGV-4. Dintre particularităţile sale constructive faţă de ŢGV-4 se menţion~ă următoarele: . a) în loc de un comutator pendular cu două coordonate, se utilizează două comutatoare pendulare cu o singură coordonată; b) ca motoare de corecţie după axele de precesie ale giroscoapelor se folosesc traductoare de cuplu de construcţie specială; c) pe axele de măsurare ale giroverticalului, în afară de traductoarele potenţiometrice se utilizează şi transformatoare rotative de sinus şi cosinus, pentru transmisia la distanţă a semnalelor. de ruliu şi de tangaj.

16.6. PPLATFORMA

STABILIZATĂ

GIROSCOPIC

TRIAXIALĂ

Dacă este necesar să se obţină informaţii privind rotaţia aeronavelor în jurul celor trei axe (longitudinală, transversală şi normală), se poate utiliza o platformă stabilizată giroscopic PSG în rap9rt cu trei axe perpendiculare între ·ele. Aceste .platforme pot modela fie triedrul inerţial, fie triedrul orizontal local, în funcţie de destinaţia lor. Schema de principiu a unei PSG este prezentată. în fig. 16.10. Fie sistemul de axe OXYZ legat de platforma P şi triedrul Oxkykzk legat de inelul exterior de suspensie, avînd orientarea din fig. 16.10, faţă de axele inelelor de suspensie lE şi II. ln poziţie iniţială cele două sisteme de axe coincid. Pe platformă sînt montate ,trei giroscoape cu un grad de libertate Gx, Gy şi Gz astfel încît _axele:·de ,sensibill~p.ţ~ c4~ (l~~to?a să coincidă cu cîte o axă a suspensiei cardanice. lh afară de- .girosc~pe, pe platforma P se mai fixează elementele sensibile ale sistemului ·de corecţie precum şi blocurile de stabilizare. Fiecare giroscop este prevăzut cu cîte un traductor de unghi TU şi cu cîte un traductor. de cuplu TC. Pe axelE: suspensiei cardanice se găsesc traductoare de ieşire TE şi motoare de stabilizare SM. Traductoarele TU de pe axele de precesie ale giroscoapelor sînt conectate, prin intermediul unor amplificatoare A, la motoarele de stabilizare SM.

Procesul de stabilizare are loc, în principiu; ca şi în cazul girostabilizatorului monoaxial. Pentru exemplificare se prezintă pe scurt stabilizarea în raportcu axa inelului exterior lE de suspensie. Dacă după axa OY acţionează ·un cuplu exterior M.p, giroscopul Gy execută o mişcare de precesie, iar traductorul TU~ trim~te un semnal în canalul de stabilizare care pune în funcţiune motorul SMy. Acesta dezvoltă un cuplu Msr după axa OY care. va echilibra cuplull\/IP. întrucît MP+Msr=O, platforma nu-şi modifică poziţia. Se observă că există trei canale de stabilizare, care 404

acţionează după cele trei axe de suspensie. Dacă triedrul OXYZ coincide cu triedrul Oxkykzk cele trei canale practic acţionează independent. În caz

contrar, canalele de stabilizare sînt interconectate. Întrucît platforma este stabilizată şi în azimut, la rotirea aeronave{ în jurul axei verticale OY, semnalele date de traductoarele TU~ şi TU~ trebuie prelucrate înainte de a fi introduse în motoarele de stabilizare, căci poziţia elementelor TU~ şi TU,~ faţă de elementele. SMx şi ~sMz se modifică. În acest scop se fo-

Fig. 16.10. Schema de principiu a -unei pla~forme -triaxiale stab:ilizată giroscopic: Gz;- Gf,) (Jz, _ - ~ii!"O.Sico,a;pe; TU~, TU~; TU~ - trad~cto'are de unghi de pe axele d,e pre-

. cesie; TU~, Tu11 , TUz - tnaductoare de unghi depe ax,ele de stabilizare; SMz, S1Vf , SMz 11 Inotoare de stabilizare; A, - amplifi!c;atoare; Ax, Az - tii'aductoai"e pendulare pentru nivelare precisă.

lo~eşte un dispozitiv de calcul numit rezolver care redistribuie semnalele. Spre exemplu la rotirea triedrului OXkY.kZk cu unghiul Il; faţă de triedrul OXY~ (fig. 16.11), semnalele ce trebuie aplicate la motoarele de stabi . . .

405

a

1 1

1

liZare' nu: mai sînt u% şi uz ci Uz,. =Uxcos ~Uz sin~ şi uZA. =Ux-sin 4;+ +Uz COS t\J. O. problemă importantă în funcţionarea· platformelor stabilizate o reprezintă -alinierea şi nivelarea iniţială, adică aduc~rea platformei în poziţie normală de funcţionare. Ca semnale pentru alinierea iniţială pot fi utilizate tensiunile .date de traductoarele TU plasat-e pe axele de suspensie a1e plat_formei. Adu.yerea platformei în poziţie normală se face ca ht giroverticalul ŢGV -4. O metodă mai precisă de nivelare iniţială Uz constă în utilizarea semnalelor date de două pendule Ax şi Az fixate pe platformă. Aducerea platformei în plan orizontal se face ca în cazul giroorizonturilor. Pentru X alinierea platformei în azimut se introduce L - - -....--,-----.un semnal în traductorul de cuplu TCu al giroscopului Gy. Ca urmare motorul SM!I va roti platforma în jurul axei OY. Semnalul de comandă înc_)3:dmut seia de la o Fig. 16.11. Rotirea a:xelor. de cosursă externă de;inforlliaţii (compas magordonate in plan. orizontal: ;petic, inductiv, radio etc.).

z

16.7.

CENTRALE.~GmOSCOPICE

ŞI

DE

DE CAP

VERTICALĂ

Constr-y~tiO: centralelor de cqp, şt q~-V~'f'ticală. Prin,centrală girode c;a!f~'şi de· !erti:eală oqv:~mţelege o platfa!"lAă sţ~piţ~zată giroscopic în _raport cu trei- axe, care modelează triedrulcorizontal\Jocal. De data aceasta platforma -se menţine automat în plan.- orizontal, iar axele şi sîpt orientate una ·spr~· nord, iar" cealaltă spre est. Cu ajutorul ei se pot· determina atît ung@ui'ile de tuliu"şi . tangaj, cît şi unghiul de girctţie (capul), de unde denumirea de centrală de cap şi verticală~ Schema

a.

scopică

ox

oz

unei asemenea centrale se poate vedea în fig. 16.12. Elementele componente principale sînt: platforma stabilizată P şi sistemul rle suspensie cardanică format din inelul interior II si inelul exterior lE. Axa inelului exterior este paralelă cu axul longitudinal al ·avionului, iar .axa inelului înterior_ .cu axul transversal. Axa· platformei se menţine orientată după verticala lucului. ·În felul acesta a.X-ele suspensiei ·cardanice şi ale platformei iepreiintă-axele de măsurare ale aparatului. 'Stabilizarea: platformei este asigurată de către trei giroscoape cu un grad de libertate: Gx, Qy şi Gz. Momentele lor cinetice sînt orientate ca în fig. 16.13~ Vectorul Ky al giroscopului G~ este orientat după. bisectoarea ungh~lu.ţ_ form~t de vectorii ·K.;; şi .Kz. În poziţia inţtală -a platformei vectorii Kx, ·Ky- şl Kz. sînt ·astfel orientaţi şi atr asemenea· măritni încît să satisfacă condiţia ~Kx±Ky +Kz--:--0. Aceasta asigură echilibrarea reciprocă 406

.

Fig. 16.12. Centrală giroscopică de cap şi de verticală: giroscoape tie . stabilizare orizontală; 2 - giroscop de direcţie; 3 - rezolver (convertor de coordpnate); ~4'...;.. tnaductoare pentru unghiuriLe de preces1e; 5 - tr.aductoare de. cuplu; 6 -.motoare de stabilizare; 7 - transmiţător de cap; 8 - comutator pendular cu lichid; 9 - transmiţătorU!l unghiului de ruliu; 1{) - amplificator; 11 - rezolver; 12 - rezolver pentru calculuL tangentei; 13 - transmiţătorul unghi ului. de . tangaj ; 14 -~ tnansroiţătorul . unghi ului ··· · oe rtiliu. · · · · 1 -

Fig. 16.t13. Schema simplificată a centralei de cap şi de verticală: II - . ineL interior de suspensie; IE inel eid~or -s1,1spensie; SM1. · SM2, SMa · - ,mot_Ol;lre de· st~bilizare; Gxt Gz,. G $ - giroscoape; P. - ; platforma stabi-

de

lizată:_

'" ·-

a cuplurilor giroscopi-ce ce apar la rotirea platformei. Giroscopul Gy asigură stabilizarea platformei în jurul axei OY, iar giroscoapele Gx şi Gz; stabilizează platforma în plan orizontal. Pe axele de precesie ale tuturor

giroscoapelor se montează cîte un traductor de unghi TU şi cîte un traductor (motor) de cuplu TC. Traductoarele de unghi sînt de tip transformator cu armătură rotativă. Liniaritatea tensiunii de ieşire de la TU, în funcţie de unghiul de rotaţie, se menţine în intervalul +6°. Canalul de stabilizare în raport cu axa platformei funcţionează la fel ca în cazul platformei PSG. Există deosebiri în funcţionarea canalelor de stabilizare după axele inelelor de suspensie interior şi exterior. Platforma stabilizată P în acest caz se poate roti în jurul a"'Cei OY cu· un unghi nelimitat faţă de· inelele interior· şi exterior de suspensie, dar axa· OY se menţine după verticala locului indiferent de evoluţiile avionului. De aici rezultă cîteva concluzii importante. Dacă axa platformei se abate de la verticală apar erori de măsurare a capului. Pe de altă parte, cînd platforma se roteşte în jurul axei OY faţă de inelele de suspensie, axele de sensibilitate ale giroscoapelor îşi modifică orientarea faţă de axele inelelor interior şi exterior de suspensie. Din acest motiv, ca şi în cazul PSG, sistemul CCV es·te prevăzut cu un rezolver (conveT'tor de -coordonate) avînd rol precizat în paragraful precedent. Funcţî~ de rezolver poate fi îndeplinită de către un transformator rotativ de sinus şi cosinus. Nivelarea iniţială a platformei se asigură ca şi în cazul giroverticalului central ŢGV-4. In schimb pentru alinierea iniţială în azimut se aplică un semnal de corecţie de la unul din compasurile · existente la bord (magne.;.. tiC, astronomic, inductiv etc.) la intrarea traductorului de cuplu al giroscopului Gy, care determină rotirea platformei în azimut pînă ocupă poziţia corectă. Acest mod de nivelare şi aliniere este grosier: Procedeul este urmat de o corecţie d~ predzie. Astfel nivelarea de precizie este comandată.ClLH.jutQruLţo!Ilu~aţpar:~~or.P,~ndu).,f,!I'€W ~chid. ~·care aplică tensiu]'li _la traduetoarele de':'cuplu ·<.!le· gir~s€toa:p~lu~"€ti'_şi:·~~:,·:·:e~il?liâ ·~~- .• stabilizare. poate atinge 5 .. ~-Hl'. Pentru ·alinierea· precisă azimuf.se compară semnalele de la traductorul de cap· 7 cu"· semnalele de la unul din compasurile de bord. Dacă platforma iese din planul meridianului apare un semnal de discordanţă (diferenţă) care se aplică la traductorul de cuplu al· giroscopului Gy. Ca urmare, platforma se roteşte în azimut cu o viteză de 0,8 ...' 1 grad/min. Pe timpul ·zborului accelerat sistemul de corecţie se decuplează, iar CCV trece în regim de memorare, adică se menţin comenzile de corecţie din momentul precedentdecuplării. Cîteva date teh-ţ_ nice ale acestei centrale giroscopice sînt prezentate în tabelul 16.4, 'Observ.aţie. .Dacă, în timpul zborului, carcasa aparatului se roteşte cu un unghi"de 90q în jurul axei inelului interior de suspensie, axa inelului exterior de suspensie se. suprapune peste axa platformei. In această situaţie platforma nu'poate funcţiona normaL Pentru a se menţine poziţia canonică (cap. 11), sistemul de suspensie se completează cu un cadru suplimentar numit de urmărire (fig. 16.14). Dacă axa platformei nu-şi menţine perpendicularitatea pe axa inelului exterior 2 de suspensie, transmiţătorul cadrului de urmărire TCU aplică un semnal la motorul de acţionare al

în

408

-------

---

--

---

---

-

-

Tabelul 16.4

Datele tehnice ale centralei de cap

şi verticală

Caracteristica

Valoarea

Precizia de nivelare Deriva la decuplarea

±10' corecţiei

Precizia de transmitere la cu selsine

distanţă

a unghiurilor

Viteza de blocate electrică: - după axele inelelor; - după axa platformei Durata intrării în regim. normal de funcţionare Viteza de aducere precisă în in planul orizontal; - î n azimut Unghiul de ruliu la· care se

5 min

poziţie iniţială:

0,4°/min; 3°/min decuplează corecţia

0,1962 kgm 2s-1 (2 000 gfcms)

Momentul cineti\C al giroscoapelor Alimentarea în c.a. trifazat

36V, 400 Hz

Greutatea aparatului

11 kg

2

Fig. 16.1"1:. 1 TCU

stabilizată giroscopic cu un cadru s·uplimentar:

Platformă

J

prevăzută

inel interior; 2 - inel exterio·r; ·3 - cadru de :tr,aductorul cadrului de urmărire; MCU cadrului de urmărire.

urmărire;

motorul

409

l

---------------------- -

cadrului de urmărire MCU, care restabileşte rapid centrale giroscopice cu două cadre de urmărire.

poziţia canonică. Există

b. Centrala de cap şi de verticală: BFIM. Dintre realizările mai recente în acest domeniu se menţionează centrala de cap şi de verticală tip 253 realizată de firma franceză SFIM. Este vorba de o platformă stabilizată tot după trei axe, dar cu ajutorul a- două giroscoape cu două grade de libertate (fig. 16.15): unul are rolul de giroorizont, iar celălalt rolul de

Fig. 16.15. Schema cine1llatică a centralei SFIM: accelerometru longitudinal; cAtr - accelerometru. transversal; A V· accelerometru vertical; CA _..:. cadru de azimut; IE - inel exterior al giroorizontului; II - inel interior de $USpensie; CR cadru de ruliu; CT cadrJI de . tangaj ; CS - inel exterior al ·gi,rosco:pului de direcţie; DI - traductoll:' inductiv de vertical:ă; G1 - giroscop de direcţie; G2 - giroscop de ve~lă; MC-1 - motor de .cuplu pentru corec:ţia ,in azimut; MC-2 m ... tor 'de cuplu pentru corecţia orizontală; ·Mc-3, MC-4 - motoare de corecţie.. verticală a giroorizontului; MC-5 - · mOito.r de stabilizare pentru cadrul de ·.tangaj; MC-6 - motor de stabiliz,are pentru cadrul de ruliu; PC - transmJţător de cap; Ra .:.._ rulmenţi oscilanţi; · STR ....,... selsin transmiţător de ruliu; STT - selsin transmiţător de tangaj. ALg -

410

l

-

--

-------

--~-

-------=--

girosemicompai Acest ansamblu este suspendat elastic în interiorul unei carcase etanşe umplută cu heliu. Circuitele electronice sînt plasate într-o cutie separată. Gitosernicompasul este prevăzut atît cu sistem de corecţie orizontală cît şi cu sistem de corecţie în azimut asistat de unul din compasurile de la bord. Pentru corecţia axei giroorizontului după verticalţt · se utilizează traductoare iriductive şi motoare de cuplu. Rulmenţii celor trei axe de suspensie a giroscopu.lui sînt de construcţie specială care permite red1Icereg frecării prin rotirea alternativă a carcasei intermediare. Din schema cinerilatică (fig~ 16.15) se· observă că ambele giroscoape dispun de două cadre de urmărire care asigură atît eliminarea erorilor cardanice din informaţiile de direcţie, cît şi a colapsului giroscopic. Centrala este echipată cu două accelerometre inerţiale orizontale. Valorile obţinute prin integrarea acceleraţiilor măsurate pe această cale sînt comparate· cu viteza măsurată prin metoda Doppler. Semnalul ·diferenţă obţinut este aplicat la motoarele. de corecţie ale giroscopului de. verticală. Masa platformei este de 9,5 kg la care se adaugă blocul electt::onic de 4,7 kg. Unele detalii constructive se pot vedea în seCţiunea din fig. 16.16.

Fig. 16.16.

Secţiune

prin centrala SFIM.

411

---=--~---

-

24 23 Fig. 16.17. Schema

cinematică- a

sistemului SKV:

traducto.are inductive; 2, 9 - in~e exterioare de suspensie aLe gfroscoapelor de vetl'ticală, respectiv de direcţie; 3, 6 întrerupătoarre ale co,recţiei longitudinale; 4, 8, 13 traductoar.e (motoare) de cupJ.u; 5, 10 - gi,rorr10to,arre de verticală, ,respectiv de direcţie; 7 - cadirul de urmărire de. ruliu; ·u, 19. - selsin receptor şi respectiv transmiţător de tangaj; 12 cadrul de urmărire de tangaj al gh'oscopuluL- de direcţie; 15 motor-generator (DG-0,5 TA); 16, 20 ine~~-'interioare Q,e suspensie; 17 selsin _transmiţător de cap; 18, 21 - comutato,are pendulare 9U 'lichid (Jl)!:Jllf-9B} ;:, 22 -:- ~l')lificatorUl din canalul cadrului de ··- urmă-tire de: ruliu;;;:> · 1, 14 -

Spre receptorii de tongaj şi ruliu

I+

..;;..-.--.~ REZr:RiNC•

'--'--f--...__-0'1

27V Fig. 16.18. Schema

structurală

a sistemului SKV:

tmductotT inductiv de cap; KM-5 - mecanism de direcţie; ZK-4 tr'a.nsmiţăto[' de cap; PSK-4 pupittl'u de introducere a corecţiei de latitudine; BU - blocul amplificatoarel-o,r; RR - regulatorul cadrului de urmărire; BR-40 blocul de distribuţie (a semnalelor de cap); 118 BVdistribuitor de semnale de tangaj şi de ruliu; KV-2NM - agregatul giroscopic al sistemului SKV; KV-53RS - întrerupătorul corecţiei. ID-5 -

c. Sistemul de cap şi de verticală SKV. O realizare relativ recentă o constituie si sistemul SKV-2N-2M de constructie sovietică. Schema cinematică a aparatului se poate vedea în fig. 16.'t 7, iar schema structurală este reprezentată în fig. 16.18. Din figurile menţionate se poate constata faptul că sistemul SKV reuneşte într-un tot cu funcţionare unitară două aparate giroscopice prezentate anterior: giroorizontul AGD şi sistemul de curs TKS, cu unele adaptări şi perfecţionări. De remarcat existenţa unui cadru de urmărire de ruliu comun pentru ambele giroscoape. De asemenea giroscopul de direcţie nu are corecţie azimutală. Corecţia în azimut Q sin c:p se introduce prin rotirea selsinului diferenţia! din: mecanismul de coordonare~ Giroscopul de direcţie din sistemul SKV funcţionează în trei regimuri: de girosemicompas, de corecţie magnetică şi de aliniere iniţială. Primele două regimuri sînt cunoscute. Alinierea iniţială se face cu ajutorul semnalului primit de la transmiţătorul de cap impus. Cîteva date tehnice ale aparatuluisînţ cuprinse în tabelul 16.5. Tabelul 16.5

Datele tehnice ale sistemului SKV-2N-2M caracteristica (parametrul)

Valorile unghiurilor de ruliu rate Valorileunghiului de

şi

~

Valoarea

de tangaj

măsu'

direcţie

Nelimitate Nelimitate

'

Erorile de măsurare a unghiurilor de ruliu tangaj in zbor rectiliniu şi uniform Deriva giroscopului de la

şi

de

Cel mult

verticală

'eorecţie longitudinală şi transversală

Viteza de

Eroile de indicare a capului magnetic în zbor uniform Eroarea în regim de GSK pului

datorită

±0,5°

derivei

gţrosco-

14°/oră

0,8 ... 1,8 grd/min

Cel mult ±2° ±1,5°/oră

de

funcţionare

'

Durata

deintrar~,în

Puterea Puterea

regim normal

2 min

w

consumată

în c.c.

160

consumată

în c.a.

485 VA

'

Greutatea sistemului

55,7 kg

413

•

d. Centrala de ccip şi de verticală -sFIM-550 (CCV-550). Aceasta este astfel concepută încît poate echipa orice tip de avion sau elicopter. Funcţionarea sa este integral automatizată, iar informaţiile furnizate sînt corecte în orice evoluţie a aeronavei pe care este montată. Centrala este formată dintr-o_ platformă stabilizată în raport cu mişcările de ruliu şi de tangaj prin semnale date de către un girovertical. Stabilizarea ei în azimut este asigurată de către un girosemicompas corectat în azimut cu semnale obţinute de_ la un traductor de inducţie electromagnetică (fig. 16.19). Informaţiile de ruliu,~ de -tangaj şi de giraţie sînt corecte chiar şi în zbor acrobatic. Aducerea iniţială în poziţie normală de funcţionare (nivelarea şi alinierea) este complet automată şi se execută în cel BGV.

Er.

MA.l

SDS. CS. MCS. GA. 86A

CA

cinemattcă a ,centralei CCV-550: arnlplificator de Cla.IP; AR - amplificator de ru1iu; AT- """" an't,Plficatoc de tangaj; AS :..-_- amp.lificator- din canalul de co'recţie orizontală; A a:xa deazimut; R - axa de ruliu; T-axa de tangaj; BGA -nodul giroscop:ic de azimut;' BGV - noduli giroscopic de verticală; BP - bobine de corecţie; Ca - suspellJS-ie car
Fig. 16.19. Schema

AA -:- am,plificator de azimut; AC -

l

Tabelul 16.6

Caracteristicile centralei giroscopice CCV-550 Valoarea parametrilor

caracteristica

Alimentarea -in c.a. monofazat

115 V, 400 Hz

Curentul consumat' m.regim normal Giromotorul de

verticală

-

1 A

asincron

22 500 rot/min

Momentul cinetic

0,36 kgm2 s-1

Giromotorul de cap ........; sincron cu histerezis

24 000 rot/min

Momentul cinetic ·

0,0!86 .kgm 2s-1

Masa platformei, pupitrului Precizia alinierii Deriva

liberă

şi.

şi

respectiv

sondei magnetice

nivelării iniţiale

De cap,

a giroscoapelor

2°/oră;

De·_ verticală, 3°jotă

Vitezele de corecţie: - de verticală;: ......,. de cap

0,8 ... :1,5°/min; 0,8 ... 2°/min

Intreruperea canalelor de corecţie in funcţie de · unghi .şi_ de acceleraţie

La so rulîu si 10° tangaj sau . ±0,17 g; C!CCeler~ţie longitudinală

Predz.la.inform~~iior:

de v~rtfca1ă:

...::.:.-in zbor ·statldnar; -:. ,_ - în zbor acrobatic

;.

. --

Cel mult o-,5°; tcel mult 1,5-0

Vitezele inaxiiri.e ale cad::telor de urmărire: Valorile

acceleraţiilor

admise

după

toate axele

Ruliu 400°/s; tangaj 90°fs Pînă

la 10 g

Limiteie:de temperatură admise Unghiurile- de rotaţie in j}lrul celor tref axe

Nelimitate

mult două minute. De remarcat că datorită cadrelor de urmărire erorile cardanice sînt complet ·eliminate.- Aparatul este format din centrala giroscopică, pu pitrul electronic de comandă şi traductorul de cap (sonda magnetică)c. Principalele caracteristici ale centralei CCY-550 sînt precizate în tabelul 16.6.

17 METODELE AERODINAfAiCĂ ŞI DOPPLER DE NA VI GAJlE

17.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

Iv1ijloacele tehnice care asigură calculul coordonatelor aeronavelor se numesc sisteme automate de navigaţie SAN sau navigatori automaţi. Ele se clasifică în funcţie de anumite criterii constructive şi funcţionale după cum urmează. În functie de metodele de determinare a miscării relative SAN se împart în: A 1 :._ sisteme de calcul a coordonatelo~ în raport cu mediul ambiant; A 2 - sisteme ce măsoară mişcarea în raport cu suprafaţa Pămîn tului sau în raport cu corpurile cereşti; A 3 - sisteme fără contact direct, care determină mişcarea în raport cu un corp de referinţă; A 4 - sisteme inerţiale de navigaţie care determină coordonatele folosind ca informaţie primară acceleraţia. Fiecare grupă de sisteme Ai (i=1, 2, 3, 4) se poate subîmpărţi după metoda de măsurare aplicată în mai multe subgrupe. Spre exemplu sistemele din grupa A 1 se pot clasifica astfel: A 11 - sisteme aerodinamice de navigaţie, care calculează coordonatele în raport cu atmosfera; A 12 - sisteme ionosferice de navigaţie; A 13 - sisteme hidrometrice de navigaţie, care calculează coordonatele în raport cu apa mă rilor şi oceanelor. Sistemele din grupa A 2 sînt destinate să calculeze coordonatele vehiculelor ce se deplasează pe suprafaţa Pămîntului (automobile, tancuri, trenuri etc.) sau pe suprafaţa planetelor. Sistemele din grupa A 3 se bazează pe efectul Doppler şi se pot subdiviza în: A 31 - sisteme Doppler de radiolocaţie; A 32 - sisteme Doppler optice: A 33 - sisteme Doppler acustice. După sistemul de referinţă în care se exprimă coordonatele, automatele de navigaţie se împart în următoarele grupe: B 1 cu sistem de coordonate rectangular: B 2 - cu sistem de coordonate cilindric; B 3 cu sistem de referinţă polar; B 4 - cu sistem de referinţă sferic; B 5 - cu

416

1

sistem de coordonate curbilinii etc. Din punctul de vedere al autonomiei sistemele automate de navigaţie pot fi autonome şi neautonome, în sensul că utilizează informaţii externe. Din acest punct de vedere se deosebesc SAN: C1 - care nu utilizează informaţii suplimentare; C2 care pri:mesc continuu informaţii suplimentare; C3 care primesc informaţii suplimentare programate; c4- care se autocompensează; c5......;..... cu corecţie pe baza unor informaţii de la surse· exterioare. Grupa C 1 care nu primeşte informaţii suplimentare funcţionează . cu erori mari, iar grupa C 2 de SAN primeşte informaţii medii pentru întreg traiectul de zbor în vederea efectuării corecţiilor. Grupa C3 foloseşte date suplimentare progra-· mate, care se obţin prin prelucrări statistice ale datelor primare de navigaţie. Sistemele din grupa C 4 sînt prevăzute cu circuite de reacţie. care permit autocompensarea pe baza prelucrării informaţiei de ieşire. Corecţia SAN de la surse exterioare de informaţii se poate face continuu. S8:U discret, automat sau neautomat. . In funcţie de modul de prezentare a informaţiilor de ieşire SAN se împart în: D~ ___, SAN indicatoare prevăzute la ieşire cu dispozitive de afişare a informaţiilor; D 2 SAN de comandă (de dirijare) ale căror semnale de iesire se introduc în sistemele de comandă automată si in alte sisteme d~ bord; D 3 - SAN de indicare ·şi comandă care asigură' atît comanda automată cît şi informarea echipajului prin dispozitive de afişare. La rîndul lor sistemele de tipul Di (i=l, 2, 3) se pot clasifica în funcţie de felul indicaţiei, de forma de transmitere a semnalelor etc. In SAN se utilizează diferite mijloace de prelucrare a informaţiilor. Din acest punct de vedere deosebim ~AN cu calculatoare: E 1 - analogice; E2 numerice; E 3 ......;..... analog numerice. Din punctul de vedere al număruhÎi de coordonate ce se determină se deosebesc SAN de următoarele tipuri: F 1 - unidimensionale, care determină o singură coordonată; F2 bidimensionale; F 3 tridimensionale; F4 multidimensionale care dau la ieşire poziţia aeronavelor în mai multe sisteme de coordonate. Sistemele din grupa F 1 se folosesc pe vehiculele ce se deplasează pe o traiectorie obligată. Cea mai largă răspîndire o ·au, sistemele bidimensionale atît la bordul vehiculelor de suprafaţă cît şi la bordul aeronavelor care sînt echipate cu altimetre pentru cea de a treia coordonată. Sistemele tridimensionale şi multidimensionale se utilizează la bordul rachetelor şi navelor cosmice a căror evoluţie se caracterizează prin variaţia coordonatelor în limite foarte largi.

17.2. PRINCIPIUL METODEI AERODINAMICE DE NAVIGAŢIE a. Componentele vitezei de drum. SAN de tip aerodinamic (subgrupa A 11) sînt destinate să determine coordonatele aeronavei pe baza informaţiilor obţinute în raport cu atmosfera în care evoluează. Poziţia centrului 27 - Aparate de bord

417

_ ..................

~·~-§

l~

--

--------~

Informaţiile primare. ale. SN.A

Parametrul de intrare

Notaţia

Componenta: vitezei după axa longitudinală a avionului

Transmiţător de vite:ză Transmiţător

Unghiul de incidenta Unghiul de

de unghi de inci-

denţă Transmiţător

glisadă

de unghi de

glisadă ·

G~rovertical

Unghiul de tangaj Capul

Girovertical

adevărat

Componenta- orirontală

decurs a

vitezei

.u· Măsurâre

vîntului Direcţia

vmtului

lnălţimea

de zbor

Durata zborului

.8 H

Altimetru

t

Ceasornic

prin metode indirecte

de masă .:;e poate~ exprima ,în_··-otic~·":~istein de c6o&rdo~~t-? ~i· Rezolvarea problemei se- face de regulă utilizînd informaţii suplimentare privind: coordonatele iniţiale şi viteza vîntului (S.4N de: tip C2, C 3 şi C5). Informaţiile d~ -la ieşirea SAN aerodinamice se ·utilizează atît pentru_ afişare, cît şi .pentru dirijare (SAN de tip Dh D 2 şi D 3J. Prelucrarea informaţiilor în cele mai multe cazud se face pe cale analogică. Informaţiile primare care se prelucrează în cadrul acestui sistem sînt precizate în tabelul 17.1. Viteza în raport cu masele de aer Vt este tangentă la traiectoria de mişcare. Fie Oxyz sistemul de coordonate legat de avion şi O~Y)t, sistemul de axe orizontal local (fig. 17.1). Cu notaţiile din figură, proiecţiile vectorului Vt i_n: F~Port cu sistemul de coordonate Oxyz sînt: (17.1) unde. unghiurile .de incidentă cx· şi de . glisadă ajutorul unor dispozitive speciale (v. cap. 7).

418·

\

L-~---

~

se .măsoară la bord

c~

----,------....

-------------'~

Dacă-y,o-6- ~i qisînt unghiurile de ruliu, de tangajşi respectiv, de giraţie se pot exprima componentele- vectorului Vt după sistemul' de a ..xe O~r,t, (fig. 17.1,_ b) cu relaţia matriceală:

cos {} cos ~ =

-cos {} sin ~

sin {}

]

c?s 'Y s~n; ~ + s_.in ___ 'Y_ _ ~~n{} ~os ~ ~os 'Y cos ~-sin_ ·· y ~in {} ~in q;-sin "{ cos {} ;

[ Sln "{ Sln ~-COS "{

Sln {}'COS

$ Sln "{

COS

~+COS "{

Sin {} Slll

q;

COS "{ COS {}

(17.2) în care Vx,' Vy şi V~ Sînr date~·ae -,relaţiile (17.1). Mişcarea maselor de aer caracteriz.ată prin viteza vîntului Ut reprezintă mişcarea de transpbrt a aeronavei jn raport cu suprafaţa Pămîn-

c el, -y, .& şi 9: _ ~ -poziţia, reciprocă a sistemelor OI;TI~

Fig. iU.l. Determinarea,par.ametrilor a -

27*

deiipirea unghiurlo,r cx, _.a._

c -

şi

e;

definirea unghiurilor cx şi

~.

şi Oxyz;

419

tului. Cu notaţiile din fig. 17.2, a se .pot scrie ale lui Ut în raport cu sistemul de axe O~'r)t.: Ur;=Ut cos "1. sin 8 =U sin 8;

următoarele

U r"=Ut sin

componente

x;

(17.3)

Fig. 17.2. Relaţii între vectorii fi~ 'VŞiW: a -

componentele vectorului

iJ'i

b -

orizontal.

t·riunghiul vitezelor în plan

Viteza Wt obţinută prin însumarea vectorilor Ut şi Vt reprezintă viteza în raport cu suprafaţa Pămîntului Wt- 1Ut+ Vt ale cărei componente în raport cu sistemul de axe O~llt. sînt: Wt~= Vt~+Ut~;

Wt 11 = Vt 11 +Ut11 ;

Wtr"= Vtr"+ Utr"

(17.4)

În ·navigaţia aeriană se lucrează cu proiecţia pe planul orizont.:tl (0~1)) a triunghiului "Wt Vt+Ut. Din triunghiul vitezelor W=:V+U, se obţine t'elaţie vectorială SCI'l&ă în planul orizontal, care este: ~ndamentală pentru SAN de tip aerodinamic. Mărimea W reprezintă vfteza de drum. Metoda aerodina~ică de navigaţie se bazează pe integrarea componentelor vitezei de drum, în timp, operaţie din care rezultă coordonatele E, 1) şi t, ale centrului de masă al aeronavei. v b. SAN tridimensional în coordonate rectangulare. Se consideră că SAN trebuie să calculeze poziţia avionului în raport cu sistemul de coordonate O~'YJt.. Schema funcţională a sistemului este prezentată în fig. 17.3. Pentru calculul coordonatelor sînt necesare informatii de la transmitatorul de ·viteză TV, care măsoară modulul lui Vt, de la transmiţătorul de unghi de incidenţă !X şi de glisadă ~' de 1a compasul KS care introduce capul adevărat tlJ=CA, de la centrala de verticală care introduce unghiurile de ruliu 'Y şi. de tangaj it şi de la transmiţătorul de vînt TU care introduce componentele U ~~' Ut 11 , Utr" ale lui Ut. Blocul de calcul 1 primind la intrare informaţii despre V, !X şi ~' determină componentele Vx, Vy şi Vz. Aceste semnale se aplică la intrarea calculatorului 2 care furnizează Ia ieşire componentele vitezei în raport cu sistemul de coordonate O~TJt. folosirt,d în acest scop informaţii suplimentare de la 420

compas şi de la centrala giroscopică de verticală. în fig 17.3, M 1 şi M 2 sînt matricele de transformare corespunzătoare relaţiilor (17.1) şi respec-tiv (17.2). Lasemnalele V~;, V11 şi Vt; astfel obţinute se adaugă componentele vitezei vîntuiui de la traductorul TU conform relaţiilor -(17.4). Blocul M3 integrează componentele vitezei de drum, ţinînd seama şi de condi... r---~--~~~--~~2-------~~~~----~~Jr

sf s~

Fig. 17 .3. SAN tridimensional în coordonate rectangulare. ţiile iniţiale· S~;a,·. S1Jo, St;o obţinîndu-se :la ieşirea căutate care pot fi scrise sub formă tnatriceală.:

Se,.]. [. ljs STJ = . O

ljs

o o

O

O

ljs

[ S~,;

O

acestuia coordonatele

1V.t~; + [ SSno~;o 1

] .•[ Wtn ] . Wtt;

(17.5)

S~,;o

(matricea diagonală fiind notată pe figură cu M 3}. Datorită dificultăţilor de. ordin tehnic 9e apar în l~gătură cu re:zol\Tetrea· relaţiei (17.5}, de regulă nu se utilizează sisteme tridimensionale de-navigaţie. c~·:SAN bidimensionale în coordonate orizontale convenţionale. Ţi nînd seama de dificultătile de măsurare a vectorului Vt si de erorile mari de ~alcul a lui St; se utilizează SAN bidimensionale care 'calculează numai două coordonate. Se consideră sistemul de axe OXYZ, cu axele OX şi OY

2

1 Tronsmi!O-

tor pe/ilr(J componenli.

X

Vx

y

Vx

Fig. 17.4. SAN bidimensional în coordonate

convenţionale

(ortodromioe).

421

.

~·-··----·~~------------------- ·---~

în

situâte planul orizontal; Originea.triedrtiluî OXYZ se ia în punctul ini:ţial al trcrlectului PIT~ Direcţia axei OY se ia astfel încît ea să formeze cu meridianul geografic unghiul ~k numit unghiul hărţii. Schema func~ tională a'SNA-bidimensional estereprezentată în fig. 17.4.· Calculatorul 1 determină eomponenta orizontală a vitezei V; adică V =·Vx;cos (e +
X

Xo+ \

J

o-

[Vxcos(O+oc) :COSOC COS

-

{j

sin (tiJ-!h)+U sin(~-$k)]dt· ·.

'

(17.6) t

Y =Yo+ \( Vxcos(S+oc) cos (41-GJk)+U cos(~- ~h)]dt.

. .·

J

o

cos oc cos [3·

De· regulă schemele SAN de acest tip sînt ceva mai simple (fig. 17.5). Se admite
.

<

4-,.-Xo+S[Vx.sin (q;~GJk)+U sin(8-$k)]dt; · o

(17.7)

t

Y

Yo+yVx cos (~tVk)+U cos(S-tllk)]dt. o 1-+rxr--. X 1----'--'-1' 1-+f)
'-----"

r

Fig. '17.5. SAN bidimensional in cazul cx=~=8=0.

Unghiul hărţii tVk se poate determina spre exemplu, orientînd axa OY spre punctul final al traiectului PFT, adică spre punctul A ( cp 1 , Â. 1) (fig. 17.6)~ In aceastăsituaţie 41k este chiar drumul adevărat DA, iar coordonatele măsurate ; Y şi X· sînt chiar distanţa parcursă şi abaterea laterală faţă de traiectul 1mpus. De regulă .se zboară astfel încît abaterea laterală să fie zero (X:::::::~o). 422

d. SAN bidimensionale în coordonate geografice. În acest caz mări mile de ieşire de la SAN se exprimă în coordonate geografice J... şi q>. Pentru a se obţine aceste mărimi se integrează componentele vectorilor V şi U după paralel şi'-după meridian. Avînd în vedere că din considerente geometrice deplasările elementare ·pe paralel şi pe meridian sînt dSt;=R cos q>dJ..., respectiv dS11 ·. iR;d
t

=o+

180 7t

rJ2_R (VcostiJ+U cos o)dt~ o

A=Ao+

r V sin tP+U sin 8

1t

R cos

J o

Schema

(17.8)

t

180

r;

dt.

y;

funcţională

rezolvă ecuaţiile

a sistemului care (17 .8) se poate vedea în

fig. 17.7. e. SAN bidimensional în coordonate polare orizontale. Uneori interesează coor~ dona tele aeronavei exprimate. prin distanţa R faţă de ţintă şi unghiul polar 4Jr, format de R fată de meridian. Cu notaţiile din fig~ 17.8 se pot,scFie:.r~Iaţiile:

Fig. 17.6. Determinarea ghiului hărţii.

tt)~' ·arctg W~; · =arctg · •· V sin t/;+U sin 8 ; · .· · W 11 V cos tP+U cos8

un-

(17.9) (17.10)

Fig. 17.7. SAN bidirnensional în coordonate geografice.

423

1

Tr'Oiectvl 1!17pvs

o ~---L---'---------L-.-Str 'f

fig. 17.8. Determinarea poziţiei in coordonate polare.

t---+tii=Yfs1;s1)~{SpiS?/

-----...J

1

1

1

1 1 ' - - - - - - - - - - - - - - - - - - ____ .... _____ ...J

Fig. p.9. SAN bidimensional in coordonate polare.

L

Unghiul ţinte,i ~T .se exprim~ prin relaţia: ~T=arctg[(S1;T-Sr,. )/(S 11 T-S.11 )J,

iar

distanţa

de la avion la

ţintă

(17.11)

este:

R=-../,Sr,.T-Sr,. )2 +(STIT-STI )2 •

(17.12)

În afară de aceşti parametri, se mai pot calcula unghiul de viraj spr~ __. ţintă Cly=,~r-~a, durata ·zborului .pînă la ţintă tt__::_RjW, timpul de zbor la dispoziţie din relaţia tz-,Q/q unde Q este cantitatea de combustibil din rezervoare, iar q - debitul de combustibil consumat de toate motoarele aeronavei. Schema funcţională a SAN care rezolvă aceste probleme este reprezentată ln ·fig. 17.9. Pentru ajungerea la ţintă pe drumul cel mai scurt este necesar să se zboare astfel încît otv=O. .

.

.

'

17.3. ERORILESISTEMELOR AERODINAMICE DE NAVIGAŢIE

SAN aerodinamice sînt afectate atît de erori metodice, cît şi de erori instrumentale. Erorile metodice se datoresc următoarelor cauze: a) imprecizia informaţiilor referitoare la U şi 8; b) imprecizia măsurării vectorului V în raport cu sistemele de coordonate Oxyz şi Ol;YJ~; c) imprecizia sistemului compas KS; d) neconsiderarea variaţiei altittidinii; e) aproximarea formei Pămîntului cu o sferă. Erorile instrumeritale sînt conditionate de imperfecţiunile constructive ale -aparatului în ansamblu şi 'ale componentelor sale. Se menţionează erorile instrumentale datorate: a) variaţiei semnalului util şi acţiunii perturbaţiilor; b) instabilităţii parametrilor constructivi; c) variaţiei condiţiilor de funcţionare a sistemului etc~ a. Erorile metodice~ Erorile SAN se pot calcula din expresiile coordonatelor aplicînd metoda variaţiilor. Spre exemplu dacă··se consideră expresiile (1 '7~'7) 'se obţin următoarele ecuaţii de erori: . t

t

flX= 11X0 + ~ !l. V sin (~~k)dt- ~ V Â ~ cos (~-~k)dt + o

o

t

+

t

~ Â~k[V cos(~-~k)+ U sin(8-~k)]dt+ ~ L1U sin (8-~k) dto

-s

o

t

.6.8U cos (8-lh)dt.

(17.13)~

o

unde .6.X0 este eroarea de introducere·a coordonatei iniţiale, iar, 11 V, Âl\J'" .Â~k, L1U şi Â8 sînt erorile de măşurare a mărimilor de intrare. Pentru canalul de calcul al ·coordonatei y se obţine o ecuaţie asemănătoare. 425

In cazul SAN în coordonate geografice din expresiile (17 .8) se- obţiri erorilor sub forma: _

ecuaţiile

1 0 :

Âcp-,Âcpo+

' ~(~V cos t\I~Âc{J Vsin c{J S

+ÂUcos8-Â8Usin 8)dt_:_c

o t

s· !l.R _ -----_ _ ---- (V cos c{J + U cos 8)dt; 180

R2

7t

-_

(17.14)

-

o t

.lll._:_.ÂA.o+ -

r L\V sin ~+â~Vcos ~+L\U sin a+!l.~cos 8

-180

·

J_

1t

- __

Rcoscp

-

dt+

·

O. t

+ .. -

1-_80 1t -

_

-~ ---=--.:,_(V !l.cp- s-in cp si~c~J+U sin 8)dt-

o

1:0

R cos2

~'

!l.R(V ~: c~:~ sin 8)

dt,

(17.15)

o

~nde :Âcp 0 ;şi~-4~ sj~ţt.ere>:!J4Je -@-:(!alcui-a coordonatelor iniţiale, iar ÂR eroarea de măsurare a altitudinli sau a razei Pămîntului R. Expresii asemănătoare se -pot stabili pentru toate tipurile de SAN examinate anterior. - · · - ·b. Erorile datorate imprecizi~i informaţiilor asup1·a. vîntului. În funcde gradul de cunoaştere a mărimilor _U şi 8 pe timpul zborului sistemel~c-al:ltOJUfl~ cie -J;l,€tM"~{a,ti~.i-pqţ4 ~i~ g) _de Jtivel superior,. cînd U şi 8 se măsoară şi· se -introduc perlnarrent în SAlV; of de nivel mediu, cînd informaţiile despre u şi 8 se introduc discret după ·anumite_-inţerville de timp; c) de nivel scii_zut cînd mărimile U şi 8- se pr6gnozează şi .se_ in~ traduc sub formă de semnale constante pentru toată durata zborului; d) fără informaţii despre U şi 8. Eroriie- /::..O şi .!l8 se exprimă sub forma: ţie

ÂU---:-Om_,_u~ ·A8-8ni~8,

(17.16)

unde Vm şi :8m sînt valorile măsurate, iar U şi 8 sînt valorile adevărate ale vitezei şi unghiului vîntului. Aceste erori caracterizează imprecizia de măsurare avintului, iar erorile transmise în calculul coordonatelor se obţin din (17.13) sub forma: t

t

ÂX1

t

=SÂU sin (8-th)dt+~- Â'SU cos (8-th)dt= ~ ÂUxdt; o

o

o

t

t

t

o·

o

(17.17) ÂY1 ·

=~ o

ÂU

?os (8-th)dt...;_

-·

·-

sÂoU sin (8-t\lk)dt~ ~ ÂUydt.

426

1

a=._EcuqţiUe"··!l~·calcul al coorddniiietor. Aut~matele,])oppler· de."navi~ gaţie.ADN ·s~>bazează pe mă~urar~a vitezei de drum W fol()Sin~: efectlil :Ooppler şi ·pe integrarea· acestei ihfornhiţii.'Schema bloc· a· unui ADN este prezentată în fig. 17.10. în afară de informaţia W se mai introduce în cal-

t----.D

1

2

3 . Fig. 1 -

17.10~.

Schema bloc a sistemului Doppler de

vitezometru Doppler; 2 -

al

navigaţie:·

transmiţător

sistem de ·curs; 3 -

de unghi

hărţii.

eul- unghi uf de derivă D determinat •tot de vi tezorrietrul Dqpplbr .precum

şicapyL~ măsurat de un compas. Dacă interesează coordonatele S.; şi Sn; în sisterE:;uJ.: o~~Frft; se calculează utili' ~nţ-}i:~c6friprinentele:

w~ :W:sin(~+D);. W 11 Componentele distanţei parcurse S meridian S 11 se obţin prin integrare:

W cos <4t+D). după

paralelă

{17.18} S'f.

şi

respectiv

după

t

s~

·. S W o

S:11

=s

sin($+P~t+S~·o; ......

. ·.

_..

(17.19}

t

~V cos(~+D)dt+S 110 •

o

În afară de sistemele de cciordonate rectangular~· geografic şi orizontallocal, în navigaţia aeriană se mai utilizează sistemele de coordonate ortodrp~(!e_ r~ctangulare: convenţional {deja folosit),.· ortodromic principal şi -ortod:romîc parţiaL În cazul sistemului de eoo~donate convenţional (fig .. l7.ll, a) a:xp, OY ~se orientează în raport cu tangenta .la ·meridian sub. unghiul 4i:k numit unghiul 'hărţii.· :Între unghiuri există relaţiile: 4Jc ;4J-:-4Jk şi De . · ,4J-fD:-4Jk=DA-th~ unde 4Jc este capul convenţional,. iar Pc; - este drumuF.convenţio~nal 111~~tilrate î11.râport Cl1.axa OY. În cazul sistemului ottooromie principal de coordonate (fig. 17.11, b) ortoc

42?

-·---------------------

~·'"""-'

droma principală ce trece prin punctul-iniţial PIT şi punctul finai al traiectului PFT reprezintă axa OY şi este orientată faţă de N A sub unghiul ~oP numit _drum ortodromic programat. Originea sistemului ortodromic prinCipal de coordonate se ia în PFT. De aceea coordonatele iniţiale sînt X 0 =0; iar Y0 este întotdeauna negativă. În cazul traiectelor lungi, ele

X

!'IT

a

b

Fig. 17.11. Sisteme de coordonate ortbdroriiice: a -

sistemul ortodromic -

convenţional;

px:incipaL

b -:sistemul ortodromic

se împart în mai multe tronsoane care se parcurg după aşa-numitele ortodrome _parţiale. Ecuaţiile de calcul în coordonate convenţionale se scriu sub forma: t

_x=Xo+SW sin <~+D-ch)dt; ,·.

--,'Q

.

(17.20) t

Y =Yo+ ~W cos (~+D-th)dt, o

iar în sistemul de coordonate ortodromic principal: t

t

X=~ W sin(~+D-~op)dt; Y=Yo- ~ W cos (~+D-~ov)dt. o

(17.21)

o

Coordonatele geografice ale aeronavei se obţin considerînd componentele W~=,W sin (~+D) şi W 11 =tW cos (~+D) ale vitezei de drum, cum şi relaţiile d
-o 428

!

l._

+

CW cos(tfi+D) dt·

oJ

R

'

Â.=Ao+

rJ o

W sin(tfi+D) R cos cp

dt. .

(17.22)

Schema b:oc ·care rezolvă expresiile (17.21) este prezentată în fig.17.10, iar expresiile (17.22) se rezolvă cu. schema 1ogică din fig. 17.12. bi. "' Efectul Doppler. Viteza de drum W şi unghiul de derivă D se pot cu un grad înalt de precizie folosind efectul Doppler. Acest feno-

măsura

l

2 Fig. 17.12. Schema 1bloc a sistemului Doppler de coordonate geografice: 1 -

vitezometru Doppler; 2 -

navigaţie

în

sistem de curs.

men constă în variaţia fre:cvenţei oscilaţiilor acustice, electromagnetice etc. atunci cînd între emiţător şi receptDr există o mişcare relativă. Trebuie remarcat că în navigaţie se pot folosi multe variante de aplicare a efectului Doppler; Una dintre acestea ·presupune plasarea la bordul vehiculului a unui emiţător, iar ·la sol, a unui receptor, sau invers. Variaţia de frecvenţă măsurată permite determinarea vitezei relative a vehiculului faţă de staţia terestră. Într-o altă variantă, atît emiţătorul, cît şi receptorul se găsesc la bordul vehiculului. Evident, pocedeul este superior celui anterior din punctul de vedere al autonomiei, în sensul că nu necesită instalaţii terestre speciale pentru efectuarea măsurătorilor: În această. variantă unda emisă este reflectată de un obstacol cunoscut, faţă de care se determină viteza, şi apoi este recepţionată la bord. Diferenţa dintre frecvenţele celor două unde cea emisă şi cea recepţionată - permite determinarea vitezei vehiculului faţă de reperul considerat. În acest caz este vorba de aşa-numitul efect Doppler de radiolocaţie. Se analizează succint aspectele esenţiale ale folosirii acestui efect în navigaţie. Se· consideră schema-bloc simplificată a unui sistem Doppler cu radiolocator montat pe un vehicul (fig. 17.13, a). Instalaţia de antenă 1, alimentată de generatorul de frecvenţă foarte înaltă 2, emite unde electromagnetice spre suprafaţa Pămîn tului. Undele reflectate sînt captate de aceeaşi instalaţie de antenă şi introduse în receptorul3. Frecvenţa undei emise şi a celei recepţionate după reflexie se compară, măsurîndu-se diferenta lor în frecventmetrul 4. Semnalele obtinute la iesirea frecventmetru'lui se introduc în' indicatorul 5 etalonat În unităţi d~ viteză. · '

- 429

,se presupune'- cCă~ sistemul de :emisie-recepţie descris. se deplasează cu viteza. W faţă ~de soL .Unda emisă pe direcţia AB are, frecvenţa f. Ur,1 observator aflat în _punctul B ar recepţiona semnalul emis de sursa ce se apropie la-frecvenţa f+fd, în care fd reprezintă creşterea frecvenţei datorită efectului Dappler. Semnalul de frecvenţă mărită (f+-fd) este reflec...

Fig.17.13. Efectul Dopplel.!: a -

tat În

.·determina~, frecvenţei.

Doppler; -. b- -'-"- determinarea unghiului de,

parţial spre receptorul A de pe consecinţă, -semnalul reflectat

derivă.

vehiculul ce se deplasează. faţă- de- sol. va fi recepţionat în A cu frecvenţa

f+2fd· sin (;27t ft) oscilaţia emis_ă şi E 2 E 2m·sin. (21t ft-~ 1 ) osd;.. refleXie .. Defazâjul ~i dintte$2-:.:şi- E·:t\:;poate -fi exprimat în funcţie de distanţa r AB şi de lungimeadeundă Îl.,· priri rela:ţia ~1 ====21C2r(A~ Distanţa· variază în timp· conform relaţiei: Fi,e E1

_ E 1m

laţia rec~pţioii.a.tă -după

t

- T=To~

~W

COS
(17.'23)

dt,

o

în care o este unghiuL dintre .suportul vectorului W şi direcţie AB. m:tim.pul foarte scurt necesar pentru· ca semnalul -radio să străbată dus şiîntors distanţa r viteza W şi unghiul ~ se pot considera eonstante. Prin urmare/ se: poate scri-e-: T=r0-,-Wt

cos

(17.24)

Cu aceste ,pr~dzări, semnalul recepţiOnat,- E2 devine: E 2 - E 2m sin(( 27tf+-

:1t W cos o) t~

r ro]'

(17:25)

430 .

1 1 IH

deuhde-se

observă că frecvenţa.

lui este:

-f2::::::f+ Dţn

2W ~cos A-

. 07.26)

{j;.

(17.26) rezultă expr~~sia frecv~nţei Doppler: 2W

fd=f2-f=cos 0'.-_ - _- A _.

(17.27)

- •

în

consecinţă, frecvenţa· Doppler este- proporţională după--direcţia ·de propagare -a -semnalului

Wr-a vitezei W

·_ -

. ·-··-

.

cu componenta radio:

l

(17~28)

Wr==W cos-o.:_-.:fd')..· 2.

Evident, componenta W· sin·o, normală pe ~irecţia de propagare, nu produce efect Doppler. De aici mai rezultă că dacă unda s-ar propaga după o direcţie perpend.lculără ·pe·· viteza W efectul Doppler s-ar anula. Rezultatele prezentate sînt obţillrute în <;azul emisiei continue pe frecvenţa f. Pentru a -obţine un randanxent'trlai bun, unele instalaţii moderne lucrează în impulsuri. în acest caz se evidenţiază efectul Doppler de impulsuri, a cărui expresie este diferită de (17.28}., întrucît d~pinde şi de parametrii impulsurilor folosi te. c. Măsurarea vitezei de drum şi a derivei. Se presupune că execl}tă un zbor orizontal. (W ~--O) .cu; viteza .proprie_ V,_ vitez~

vehiculul de ,drum W~ -W şi unghiul de derivă D. În p9ziţi:f1 iniţială, fasCiculul radiat de antentă -eşţ~ ·rpPi t Jată: ,cţe y~ctqrpl_ 'li.te~ă proprie, astfel încît proiectia axei fascic-uluiufîn pJan;~Lof1z()ntal1ormeeiză cu V unghiul cr. Pe. lîngă 9-cesta se precizează că fasc,iculul ·este- înclinat faţă de planul orizpntal clL_unghiul q (fig. 17.13, b). În această situaţie componenta vectorului W pe direeţif,l fascicul ului este:

W,;...:....1W2 cos o=W1 cos(t1Lp]cos înbaza

relaţiei (17.27) frecvenţa

Doppler:cdevin,e:

2VVI _.. · :f'd_:_ · ; ..C.QS (~-:-D) .

Â

_ Prin rotirea antenei în p1M

care

. ·.•.

Gl.

.

o~izon,tal

:

~

(17.29)

COS IU. .

se ·poate

găsi

o pozitie pentru

frecvenţa fd devine-maximă urmărind lndfcaţiile frecventmetrului. Din (17.29) se vede că această poziţie se obţine pentru ~=D, cînd axa

fasciculului este lui W1 • Rezultă:

situată

în planul vertical ce

conţine

. 2Wi : . 2 f d maX= ·-.-·--cos cr= - w_J".

A

A

suportul vectoru. (17.30}

_ Dhi aeeastă f6rlrlulă se observă că viteza de drum W 1=W, se poate deternrinR dacă ·se :cunosc unghiul~or şifrecvenţa fdmax· În acest caz, unghiul de'derivă D reprezintă unghiul cu care s-a rotit antena faţă de pla-

431

obţine

nul de simetrie al avionului pentru a se venţei Doppler. :Dacă vectorul W formează cu planul expresia frecvenţei Doppler devine:

2W

..

f d= -;:-cos (o1+e

)

2W 1

-~..-cos

==1

valoarea

.maximă

a· frec-

orizontal unghiul e (fig. 17.13, a)

o-

2W;.

. :

-~..-"'-sln

f .·

o·= d1 +fd2

(17.31)

Cînd cele două frecvenţe Doppler /d 1 . şi fd 2 , se măsoară global, aşa cum se întîmplă în cazul examinat,. viteza la sol se determină cu erori mari provocate de componenta verticală W t a lui W. Unele erori de mă surare provin din variaţia unghiului o. într-adevăr, presupunînd că unghiul fi variază cu Âo, frecvenţa Doppler se modifică cu valoarea:

~ 2w

· Â/d

sin o Âo,

/..

(17.32)

..

căreia

îi corespunde eroarea de

măsurare

AW=

a vitezei:

i,llfd •

(17.33)

2 cos (j

Din (17;32) şi (17.33) se obţine eroarea relativă: b.W - - :-tÂO

w

căreia îi revin valori importante: de zultă AWfW=0,048, respectiv 4,80j0 •

tg

(17.34)

O,

exemplu pentru Âo=1 o

şi

o=70° re-

·

Pentru a reduce aceste erori la valori acceptabile se iau diverse mă:.. suri, ca de exemplu: stabilizarea giroscopică a antenei faţă de verticala locului, intr
fA=· - (WxAx+WyAy+WzAz); /..

1

fn= -/.. 1

fc= -

/..

(WxBx+WyBy+WzBz);

-(17.35)

(WxCx+WyCy+WyCy);

1

fv==\ -:;: .{WxDx+ WyDy+ WzCz), unde Wx, Wy, Wz _sînt componentele vectorului W în raport cu sistemul de coordonate Oxyz, ia.r Ax, .•.. , Bx, ... , Cx, ... , Dx, ... , sînt cosinuşii directori ai fasciculelor. 432

1

Pe baza sistemului de ecuaţii (17 .35) se calculează modulul vectorului w..cu relaţia: 2 2 2 (17.36) W= \ . ..V/W w+W · ·-_ y +vV z •

:be-_regulă interesează componenta orizontală wh a -vectorului w 'prin proiecţiile Wx şi Wy iar unghiul de derivă·se obţine din relaţia D=arctg (WyfWx). dată

z

/.

z

/

A

---x'

c a

c

c a - cu

două

Fig. 17.14. Sistem Doppler multifascicul: fascicule; b, c - cu trei fascicule; d - cu patru fascicule.

17.5. CONSTRUCŢIA SIS'l1EMELOR AUTOMATE . DE NAVIGAŢIE

în încheierea acestui capitol se vor prezenta dteva exemple de SAN utilizate. la bordul unor aeronave. a. Dispozitivul automat de navigaţie ANU -1. Deşi .face, parte din categoria SAN cu calculatoare analogice, dispozitivul ANU-1 reprezintă 28 -

Aparate de bord

433

~.'

lJ

o ~

sin (tf' ~· ~)

{/

cos(o..;~)

1

1

1

/

sv- fiN

1

Ko~ .··.-= / w--.1

Yş

-·-

1

•

1 1

l .... ::_:.

A

-------..,. ...__

uy

Fig. 17;15., Dispozitivul aqtomat de navigaţie ANU-1: ZV-1 _,;. transmiţător de vint; SKP-f!> SKP~l!i SKP-W -

potentiometre de sinus şi ~osinus; PVD priza de presiuni; de viteză V; P-1 ;_ tra~uctorul de temperatură al aerului T 1 ; KS'-.,sistemul compas; A, M, D - regim.urile "Autonom", "Memorie" şi "Dopplell"; DISS - vitezometrul Doppler; ID-x, ID-y -'·motoare .electrice integrato.a.re de X şi Y; ZUK-1 transmiţătorul de unghi a1 hărţii; PBU pupitru de comandă laterală.

DVS ~ transmiţătorul

o-.aplic~e. reuşită, a_, prll}.cipiilor de calcul _:automat. al _coordonatelor p~ b:a:za ·integrfuii_ vitezei. El intră în 90mponenţa c&istemuluj complex de navigatie "TRASA" şi este destin9-t să calculeze şi să. indice coordonatele 'X~ si Y ale. locului avionului ·în coordonate ortodromice conventio:.. nale cu 'orientarea arbitrară a axelor OX şi OY rawrt cu meridia~ul. De asemenea sistemul ANU-l măsoară viteza laterală şi aplică aceste informaţii în .. sistemul de dirijate.,,;XR:ASA" cum şi.jn~&i.ştemul de comandă automaţă SAU-l T. Schemastr"ll~~urală a dispozitiwlur ANU-1 este prezentată în fig;._ ·11.;15. Datorită .ele·fu~ntelor sale. J~omponente ANU -1 poate funcţiona în,_trei _regim_uri: 'a) în xeg_im Doppler; b) în regim de memorie; c) în regim autonom.· Ţrecerea în regim de memorie se face automat îndată ce dispar informaţiile de la sistemul Doppler DISS. Informaţiile privind vitezele: • W, V~ şi U se obţin de la transmiţătoare sub_ formă· analogică {tensiune) ·avînd coeficientul de-proporţionalitate m=UwfW=Uv/V -Vu/U=::=,Q,08 de volt oră/km. Parametrii unghiulari 1.\1, D _şi 1.\ik -se-introduc de la ~ansmiţătoarele respective cu ajutorul unor sisteme de .urmărire. În ·Cgzui slsleniull.li ,ANU-l transmiţătorul pentru W şi deriva D este vitezometrul ~Doppler DJSS,.transmiţătorul de viteză V este dispozitivulc DVS, transmiţătorul pentru ~·lementele vîntului este dispozitivul ZV-1. Capul_ 41~ se obţine de la sistemuLcompas KS, iar cl>k se introduce manual ·CU dispozitivul ZUK-1. În regim Doppler DISS se introduc numai date deJa DIS$: (W şi D) şi de la· compasul KS şi s:e integrează relaţiile {17.20). În regim autonom se_ introduccs~e~!-lale. privind mărimile Ux; Uy, Vx, Vy şi se integrează· ecuaţilie (17.7). · S'istemul ·ANV-1 intră automat în regirn d~ "men1ode" da(!ă ~ispar.semnaleie dela DISS sau dacă înclinarea· avionului':depă~eşte -12<~. De data aceasta informaţiile privind viteza vîntului nu mai pot fi calculate (sistemul Doppler fiind decuplat)._ Pentru a continua calculul coordonatelor se memoreaz& valoarea componentelor Uxd şi Uyd a vitezei vîntului în momentt1l decuplării sistemului Doppler şi se rezolvă expresiii~: ·

în

-

t

'

'

-

.

t

-

X Xo+S [V. sin (1.\1-~k)+Uxa]Glt; Y= Yo+ }LV .cos (~_:.1.\ik)+Vyd]dt. o

•

o

CalCt:llurintegralelor se face. cu ajutorull1nor motoraşe electrice. ·Sistemul este destinat'pentru aeronâ.vele de pasageri :subsonice: b. Calculatorul de navigaţie NV-PB-1. Utilizat pe aeronavele de· pasagerF-eaieulatorul NV--PB-1 asigură determinarea poziţiei atît în sistemul ortodrotn.€i. 'principale de coordonate, cît· şi. în coordonate ortodromke parţiale. I!!forrnaţiile.de intrare sînt furnizate de sistemele TKS-P, SVS, DIS$, VOR etc. Elem·entele vîntului· se calculează pe. baza informaţiilor primite de· la sistemele DISS, SVS şt.TKS. Pe lîngă informaţiile privind coordonatele aero11avei, .calculatorul .de navigaţie NV-PB-'1 f!.Irnizează semnale pentru funcţionarea sistemul:u.i automat de comandă SAU-lT~ 28*

435

1

De asemenea calculatorul asigură transformări de coordonate, zborul pe traiecte de lungime minimă, corectarea coordonatelor calculate după poziţia unor repere cu ajutorul radiolocatorului de bord. Schema bloc a sistemului este prezentată în fig. 17.16, iar unele precizări privind para-

V

Cokulolor

fiR

noyigo.fie

L,

de

(NV-,PB)

Fig. 17.16. Schema bloc a sistemului automat de

metrii prelucraţi, semnalele de în tabelul 17.2.

ieşire şi

Stotie

tk ruo'iolocofie

navigaţie

NV-PB.

blocurile componente sînt date

trp

c. _CaZctpatorul:de-nllvzţjciţll~(fko'V:iET 51. Este vorp~rde un apa~ rat automat de navigaţie estimată utilizat la bordul avioanelor mortoloc de interceptare, de recunoaştere etc. El poate funcţiona atît în regim autonom, cît şi asistat de sisteme de radionavigaţie T ACAN. Unele variante ale acestui calculator pot prelucra şi informaţiile de la sistemul Doppler. Aparatul este realizat cu tehnologii moderne fiind complet tranzistorizat. El prelucrează următoarele informaţii de intrare: a) de la transmiţătoare de bord: capul magnetic CM şi viteza V; b) de la sol: elementele vîntului U şi 8, declinaţia magnetică l:lm şi coordonatele iniţiale. Pe baza lor ca1culatorul- sistemului determină: capul magnetic CM, deriva D, erorile de determinare a drumului pentru revenirea la aerodromul de bază, distanţa rămasă de parcurs pentru revenirea la bază, coordonatele geograffoe ale aeronavei J.. şi cp. Calculatorul poate fi utilizat pentru viteze V şi W cuprinse între 370 şi 2 200 km/oră, pentru viteze ,[1=0 ... 370 km/oră ?i pentru distanţe ce nu depăşesc 1100 km faţă de aerodromul de bază. Masa aparatului nu depăşeşte 24 kg. Eroarea ·globală de calcul a coordonatelor nu depăşeşte 4,6 km. 436

1

Tabelul 17.2

Parametrii

Denumirea parametrului

Abaterea laterală faţă de ortodroma

prelucraţi

în calculatQrul de

Notaţiile

Transmiţătorul.

din fig.

sau receptorul

17.16

informaţiei

laterală

Capul ortodromic programat. _.. .

NV-PB

Sistemul de transmitere la distanţă

Gama de variaţie a parametrilor

y

SAU-1T

TradUICtor inductiv cu redresor sensi- -500 ... 600km bil la fază

y

SAU-1T

Transformator rotativ de sinus şi cosinus

parţială

Viteza de abatere

navigaţie

. 4Jop.

TRS-P

4J.op

. SA.U-'-1T

Selsinică

cu

două

canale

:0 ... 1300 km/oră

o ... 360°

•.

Capul ortodromic · programat. Distanta oblică· · pînă Ia radiofar Gismentul radiofarului

.

o ... 360° -

L1

RSBN-PK

GR

RSBN~PK. ,..,

<<

Distanta oblică pînă· la reperul de radiolocaţie

L2

RPSN-3N

Relevmentul rului· de·

R

RPSN-"-3N

r~pe-

Selsinică

Selsinică

cu

două

canale Transformator ro·tativ de sinus şi cosinus

Potenţiometrică

Selsinică

O... 500 km

o ... 360° O... 250km

o ... 36'0°

radialo:caţie

Viteza de drum

w·

·. Diss.:....:.sp

Poten ţi o metrică

D

DISS-3P

Potenţiometrică

V,H

svs_:_PN

Potenţiometrică

230 ... 1300 km/oră

---· Unghiul de derivă Viteza.si al titlidinea

±30°

-

1&

NAVIGATIA_ 1-NERTIALĂ

Unul di11t~e cele mai noi şi moderne domenii ale navigaţiei·aerospa îl reprezintă riavigaţiainerţială, căreia i-au fostoonsacfate un număr rnare·de lucrări de specialitate [10, 42, 46, rog;, 135]. Dală'fiirid complexitatea furid~ment«:lor tec)r~tice şi tehnologîce ale_ sistemelor· inerţiale de navig-aţie, -\n -~ i;tceŞt~~(!apfts)l şe prezfrită sintetiC. ·principiul na\Tigaţiei inerţial-e şi 4ner~-~ probiewe privind construcţia navigatorilor inerţialL ţiaie

18.1. METODA NAVIGAŢIEI INERŢIALE

18.1 ~1. _~c-~el~9~Ml!J.:~lcfi~s~IJ}Bif!~aţi~ indicaţiilo:r sa~e Se consideră un vehicul pe care se găseşte lin instrument numit aece~ lerometru format dintr-un-· corp A de masă m ce poate aluneca pe un ghidaj, mişcarea acestuia fiind limitată de arcul R ~fig. 18.1, a). Pentru simplUicare se presupune 'Că vehiculul are o mişcare de translaţie -eu acceleraţia a faţă de un sistem de referinţă inerţial Oxyz. Întrucît vehiculul· are o mişcare. acc-elerată· faţă de sistemul inerţial, condiţia de repaus a corpului. A faţă de vehicl1l are forma F+Fi='O. Forţa F _reprezintă_re zultanta următoarelor forţe: _a) gr~utateapropriemgaeorpului A; b)forţa elastică Fe de acţiune a. arcului asupr-a ~orpului A; c) reacţiu-nea normi:llă N, a. suprafeţei gbidajului pe care culisează corpul A; d) forţa de frecare Ft dintre corpul A şi ghidaj (fig: 18.1, a). Forţa Pt reprezintă forţa de inerţie de transport J!t_.:_~mat, unde l4 este acceleraţia centrului de masă a vehiculului a. În consednţă se poate scrie:

mg+Fe+N +Fr---rn7i=O.

(18.1)

Asupra vehiculului de masă !Iri acţionează forţe gravitaţionale lVlg şi (de propulsie, aerodinamice etc.) avînd rezultanta

forţe negravitaţionale

438

i

l ..

"" . .~X!i&W·

F 1•

în conforrnitateculegea,lui Newton (F=1'1'iii) sepoate -scrie- MY+F1 =

~Ma

de unde

rezultă_ acceleraţia

centrului de.· masă a vehiculului:

(18.2)

Fig._l8.1~

Dacă

se

Schema

Cţe

principiu

?accelerorn,eţrului.

projectează ecuaţia (18.1) pe axa x-x {de.versor considerînd forţa de- frecare nulă _se obţfue:

se mişcă corpul A

Fe ( ~J ·t. -. -=a-g m

~-

- m. -· - .

după

care

(18.3)

Mărimea forţei elastice depinde de d~formaţi~ constantă elastică este k: Deci Fe klxcâ:re introdusă

-

i)

-r-

lx=== __;__ (a-'-g) ·t. k

lx a arcului a cărui în ·(18.3) conduce la: (18.4)

măsurarea deplasării lx se poate· determina proiecţia vectorului după axa x-x . .N;;adar accelerometrele nu măsoară acceleraţia ve-

Prin (ii-g)

hiculului pe care sînt m·ontate, ci diferenţa a---§. Axa x-x după care se face măsura:vea se numeşte axă de sensibilitate a accelerometrului.

18.1.2. ,Principiufnavigaţiei inerţiale Faptul că acceleraţia oricărui vehicul poate· fi măsurată cu ajutorul acceleroQletrelor a condus la ideea de a· se elabora sisteme automate care să calcUlez~,. pe _baza acestor· informaţii, coordonatele lui curente. Dacă x este una_ dinţre _·cp9rdonate1e· ~entruluf de masă al vehiculului în raport cu triedrul -ine~ţlctl Qxyz"_ atunc(a·i==ax==td2_x/dt2" iar g·i=g~ şi deci din (18.3) rezultă: ·· ·· · · -

439

Integrînd de

două

obţine

ori se

coordonata x(t)

x{t)= ~ ~ ( : lx+9a )dt2

+ ~·~{O)

căutată:

(18.6)

dt+x(O).

Din (18.6) se vede că pentru a determina coordonata x este necesar fie cunoscuţi parametrii constructivi k şi m, coordonata iniţială x(O) şi viteza iniţială ;;(O) ale vehiculului. Componentele gx, gy, gz ale lui g se . pot obţine prin calcul în funcţie de coordonatele determinate. Calculul coordonatei x după relaţia (18.6) se asigură de către un canal de calcul a cărui scheiQ.ă simplificată se poate vedea în fig. 18.2. În mod asemă nător se pot stabili relaţii c.de calcul şi pentru coordonatele y şi z {presupunînd că accelerometrelt=: sînt identice): să

y~ ~ ~ ( ~ ly+gy }ctt2 + ~ y(O) z== ~ ~ ( : lz+gz )dt2

dt+y(O);

(18.7)

+ ~;(O) dt+z(O),

(18.8)

modelarea lor matematică efectuîndu-se cu s•cheme analoage celei din fig. 18.2. ·Plecînd de la ansamblul celor trei accelerometre se poate scrie o relaţie vectorială de forma:· l a -* =a-g; - -k =

(18.9)

m

sau

d2x dt 2

i+

unde !=lx"i+lyj+lzK, iar a*

2

d y dt 2

-:+ J

cflz dt 2

"'K-a x+ -. -

(18.10)

g,

reprezintă acceleraţia măsurată.

/1emorie pedru un:e/e.rll_till gx

Fig. 18.2. Schema

funcţională

a unui navigator un· singur ·CanaL

inerţial

cu

Acest procedeu de calcul al. coordonatelor centrului de. masă al unui vehicul reprezintă .metoda inerţială de navigaţie, întrucrt în cadrul ei se foloseşte propri~tatea. de inerţie a corpurilor. Ansamblul componentelor care asigură calculul coordonatelor pe această cale se numeşte sistem inerţial de navigaţie. întrucît în cadrul acestei metode nu se folosesc informaţii exterioare vehiculului se spune că sistemul inerţial de navigaţie este autonom. 440

18.1.3.

Influenţa rotaţiei

Pe ·timpul

deplasării,

vehiculului

vehiculele

execută,

.în

afară

de

translaţia

con-

siderată, şi mişcări de rotaţie în jurul centrului ·-lor de masă. În aceste condiţii, pentru ţină o orientare

ca axele· de sensibilitate ale accel~rometrelor să-şi menprecis determinată, este necesar ca în componenţa sistemului inerţial de navigaţie să intre· un dispozitiv complex numit platformă stabilizată, rolul ei fiind de a "izola" accelerometrele faţă pe rotaţiile vehiculului. Se mai impune şi plasarea accelerometrelor cît mai aproape de centrul de masă al acestuia. Dacă nu se îndeplineşte această condiţie, pe lîngă acceleraţiile centrului de masă, accelerometrele sesizează o acceleraţie suplimentară datorată rotaţiei. Desigur, plasarea accelerometrelor în centrul de masă nu este tehnic posibilă. După cum se · demonstrează în 'literatura de specialitate '[109, 135, 157J faptul că accelerometrele nu sînt plasate riguros în centrul de masă al vehiculului nu prezintă o importanţă esenţială, ceea ce face ca schema de calcul din fig. 18.2 să rămînă valabilă şi în acest caz mai generaL Îp. condiţiile ne-glijării erorilor datorate rotaţiei vehiculului, schema bloc_ ·a sistemului de navigaţie inerţială este prezentată în fig. 18;3. Se observă că din compunerea sistemului fac parte: o platformă stabilizată pe care se găsesc trei accelerometre un dispozitiv de memorie care furnizează componentele 9x, gy şi 9z ale lui g precum. şi dispozitivele de calcul pentru efectuarea operaţiilor menţionate în schemă . . r--:--:--:-~~---:-, 1 1 1

1

1

1

~

1

~

-;1<

(JJ(

: ~-~~~~~~~ Oy"'

1 1

~

&

:~

: 1

\

L ___ ..:_'..:..:.: ______ j

?/o!for!TJ(j mer(;o/o

1 1

:. :

X

Bloc de colcu/ peotru re/ofio (1810)

y

o/

z

1

srx· ~

gz X

Otspozdiv

de memorie

!/

z

Fig. 18;3, Schema bloc a unui navigator inertial cu trei canale platforma fixă.

şi

cu

18.1.4. Determinarea coordonatelor în raport cu un referenţial neinerţial În multe situaţii concrete de navigaţie este necesar să se determine coordonatele vehicululuf în raport cu un triedru care se roteşte faţă de triedrul inerţial. Problema de navigaţie poate fi soluţionată dacă se cu-

441

l

Q

r noaşte ·legea

1 1

mobil. {neinerţial). !aţ~ de triedrul fix fix bxyz şi cel mobil 0E"l ~ au originea comună O. Exist(! mai multe modalităţi de rezolvare a pro'bl_emei formulate. Astfel, şe pot determina mai îptîi coordonatele x, y şf z îriraport cu triedrul inerţial urmînd calea prezentată ant(?~ rior. Apoi pentru calC:ului coordonatelor ~ "fl şi ~ în raport cu triedrul mobil se aplică relaţiile. de transformare:· de

mişcare

a

tri~rului

(inerţial). Pentru simplificare se presupune că triedrul

][ 1 ~ 11

=

au a21

a12 a22

a1

3

az3

[ x ]

]

·

Y

'

(18.11)

~ a31 a3z a33 z unde Uit sînt elementele matricii· de transformare a coordonatelor .x, y, z în coordonatele··~ 'lî t,. Dacă orientarea triedrului mobil O~ TJ t, faţă de triedrul fix· Oxyz :este definită prin intermediul unghiurilor 'lui ·Euler (fig; 18.4) elementele l4t au expresiile: · a11 =:COS ··41· COS ; a 12,=siri 4t eos q> +cos 4J· cos e sin Q:>; a13=Sin 'e:~sinep; a2 3=~irt e cos'
Pentru efectuarea calculelor este necesar să se cunoască functiile ctJ(t), e(t) şi ep(t) care definesc mişcarea triedrului mobil faţă de triedrul inerţial. În acest scop sistemul de navigaţie este prevăzut cu un calculator care rezolvă operaţiile din re:Jaţia (J8)ţ)... :Pe .. remarcat că în eâ:drurăcestel. m.etade accelerometrele sînt plasate pe o platformă ce modelează triedrul fix, motiv pentru care se spune că sistemul de navigaţie conţine o platformă inerţială. O altă variantă constă în plasarea accelerometrelor pe o platformă ce modelează triedrur mobil 0E"YJt.. În acest caz axele de sensibili tate ale accelerometrelor sînt paralele cu Fig. 18..4. Definirea unghiurilor lui Euler. axele triedrului · mobil. Pentru a calcula coordonaţeţe .· vehicululpi în raport cu triedrul O~"fl t, este necesar să se determine·· ::l'cceleraţia -vehicul ului în raport cu acest triedru, adică acceleraţia relativă Cir care· se obţine din expresia acceleraţiei absoluteăa~ăr+ăt+ac, în care ăt=6lX(wXr), este acceleraţia de transport, âc.:..:..26> X Vr, ~ste acceletaţia Coriolis, r ~i;" + T)j1 + t,kh iar Vr este viteza

relativă dată dexelaţie1 Vr=Ei 1 +~Jl+~kl.

s~ ,-a:rătab că 'anSainblul acoolerometrelor definesc. vectorul (ă- g) în ·care ă este aeeeleraţia;vehîCU.ll.lluifaţă de reperul inerţial,' deci acceleraţia absolută. Dacă se ţine seama de (18.9) rezultă:

(18.13)

lntrucît''ăr~~i;_ +~1 +~k 1 , unde 'i;_, h_, k1înt versoriftriedrului 111obil, din (18.13) se

obţine:

(18.14)

Fig. 18;5. Schema bloc a navigatorului inerţial cu trei· canale .şi .cu platforma mobilă.

In concluzie, sistemul inerţial trebuie să fie prevăzut cu un dispozitiv roteşte .platforma astfel _·încît s.ă modeleze în permanenţă triedrul oe'Y) ~. Această variantă reprezintă un navigator inerţial cu platformă mobilă p. cărui schemă bloc este prezentată în fig. 18.5.

care

18.1.5. Sistem de

navigaţie inerţială fără platform~

In ultimii ani s-:-a elaborat un nou tip de sistem inerţial (strapdown} care nu conţine .platforma sta.bilizată. · În acest caz acceh~rometrele sînt montate direot ·pe structura vehiculului: Dacă axele de sensibilitate ale 443

accelerom.etrelor sînt orientate după axele proprii CX:~ CY şi CZ ale vehiculului considerat (fig~ 13.6), ··vectorul ă* din (18.9) este definit prin componentele: (18.15)

Pentru a calcula coordonatele X:~ Y:~ z ale centrului de masă C în raport cu triedrul inerţial Oxyz este necesar să se cunoască componentele vectorului;;* după axele Ox, Oy, Oz adică: (18.16)

Intrucît accelerometrele dau componentele ax:~ ay şi az:~ se pune problema exprimării componentelor din (18.16) cu ajutorul componentelor măsurate. Legătura între aceste componente este dată de relaţia: 3 ct1 et23 iX33

] •

[a~] ay ,

(18.17)

*

az

Ctit depind de unghiurile ce definesc_ .orh~ntarea triedrului CXYZ de triedrul Cx'y'z' paralel cu triedrulinerţial Oxyz (fig. 18.6). Deşi navigato:rul inel"ţial fără platformă este mai simplu constructiv~ totuşi apar complicaţii legate de efectuarea operaţiilor din relaţia (18.17). In acest scop este necesară cunoaşterea elementelor cxi1 şi implicit a unghiurilor oare definesc orientarea vehiculului faţă de reperul inerţiaL

unde faţă

x·~lo.. fi.-.,. .. z· J

.!!' .

Fig. 18.6. Definirea poziţiei triedrului CXYZ in raport cu triedrul inerţial.

Dificultatea problemei provine de la faptul că variaţia în timp a acestor unghiuri este necunoscută, ea depinzînd de evoluţiile ce ·le execută aeronava; Există tre( variante de rezolvare a· acestor probleme. Intr-o primă variantă se poate utiliza un dispozitiv care măsoară continuu orientarea

444

L

axelor avionului faţă de triedrul inerţial (fig. 18~ 7). Determinarea unghiurilor necesare în calcule implică modelarea la bord a reperului inerţial realizată prin utilizarea unor giroscoapesau aparate astronomice. A doua variantă implică determinarea prealabilă· a vitezelor de rotaţie ale vehicul ului în jurul axelor proprii, iar unghiurile căutate se obţin prin integrarea

,.,.,----,...."

-âi.'X

r,_-----.., o..,. 1

1

1

X

•

1

Oy

1

Oz

1 1

'*

1 L ______

,--~---.

Bloc de cola;/ pelllru relo,lto{IQ./7}

1

...J

Ve/J,cul Fig. 18.7~ ·Navigator inerţial fără platformă stabilizată cu detector de unghi. -

acestor viteze. A treia variantă presupune măsurarea acceleraţiilor unghiulare ale vehieulului, din care, prin integrare dublă, se obţin unghiurile. În cazul ultimelor două variante, ca elemente de măsurare se utilizează ·numai accelerometre, motiv pentru care sistemele inerţiale astfel realizate se numesc sisteme inerţiale. accelerom~efrice.

18.2~ CONSTRUCŢIA SISTEMELOR INERŢIALE DE NAVIGAŢIE

18.2 .1. Clasificarea sistemelor inerţiale Există mai multe criterii de clasificare a sistemelor inertiale de navigaţie. în 'funcţie :de existenţa platformei deja s-a precizat că pot exista sisteme inerţiale cu platformă stabilizată în raport cu un triedru fix sau în raport cu triedrul orizontal şi sisteme inerţiale fără platformă (strapdown). Dacă se consideră 0 0 x 0 y 0 z 0 triedrul inerţial (fix), 0 1x 1y 1z 1 - triedrul ce defineste orientarea axelor de sensibilitate ale accelerometrelor şi 0zX;Y 2Z 2 trie'drul ce defineşte poziţia axelor de sensibilitate ale traductoarelor de orientare (giroscoape sau aparate astronomice) se pot distinge următoarele tipuri de sisteme inerţiale de navigaţie.

a. Sisteme înerţiale de_ tip g!!._ometric caracterizate prin faptul că triedrul 0 1X1Y 1Zt de versori i 1, jh k 1 coincide cu sistemul de axe orizontal local O~Y) ~. de versori Ţ, k, iar triedrul 0zX2 y 2z de vers ori I;, J;, ~ este

L

445.

fix în raport cu reperul inerţial de versori ·~, ];,, fo. Deci. între .versdri există relaţiilepoziţio:nai~: i1 i, 1-J: ~=fi i;-io,, j~k;=~. Altfel spus, cele- trei ~ccelerome_tre sînt montate . pe o platformă ce modelează tri~drul Ofl-}t;, iar -giroscoapele modelează triedru1-inerţial.

j;,

li. Sisteme irierţiale âe tip semianalitic caracterizate prin faptul că accelerometrele şi giroscoapele se găsesc montate pe aceeaşi platformă care modelează triedrril O~"f)t,. De data aceasta între versori există relaţiile:.i/:]" i; ] 1 1=~; k 1=k2 -k, iar cele două triedre trebuie să fie rotite faţă d~-trfed.r_ul inertial cu viteza oo1 =;2 - (J)~;f+~ ]+ w_:k. În funcţie de orientarea platformei stabilizat-e în azimut sistemele inerţiale semianalitice -pot fi: libere în azimut, caracterizate prin rotaţia (l)c =0; ·polare (stabilizate în raport cu planul meridian) caracterizat~ prin faptul· că una dintre' axele orizontale ale triedrului OX1Y1Z1 coincide cu .axa 0'Y) a triedrului O~llt.~ iar· 'componenta verticală a vitezei unghiulate- ; 1 =~ este (l) FQ sin
~-,

::-,;::

~

--~

~

'_

'',,-~

-

:··

_--~_;

-:

c. Sisteme inerţiaLe de-~ tîpfanaJitic. Acestea sînt caracterizate prin faptul că. triedrele Ox1y 1z1 . .şi.0X2YiZ2 coincid şi sînt·fixe în raport cu spaţiul inerţial. D~ data· aceasta între versori există relaţiile ~ ·-,fzdo, ·3;. = ] 0 ; k1 =~=ko. O variantă a acestui tip de sistem inerţial· o reprezintă sistemul inerţial fără platformă stabilizată (strapdown) pentru care axele Ox1 y 1z 1 coincid cu axele avionului. În funcţie de sisţ~ul .4e.ep({fdopf\:te·J~o1oşit pentru . elaborarea informaţiilor de ieşire se··âistfng:.slstime!nerţiâle Sl:~ri cqordo:nate rectangulare; SI în coordonate sferice; SI în coordonate cilindrice~ ettt După destinaţia semnalelor de ieşire se deosebesc: SI indicatoare; SI de comandă (dirijare); SI combinate.

=·h

18.2.2. Procedee de

corecţie

a

acceleraţiei gravitaţiei

-a-g.

Accel~ometrul măsoară mărimea ·~* Pentru a compensa prezenţa lui g în ecuaţia de navig_!lţie se pot folosi următoarele procedee: a. Compensarea vectorului g prin stabilizarea accelerometrelor Ax şi A 11 în pozitie dguros orizontală. În acest caz a! =ax, a~=ay, iar a: =az-fMJR2 căci aecelerometrul Az va fi orientat riguros după verticală. Mărimea fM/R 2 este tocmai acceleraţia gravitaţiei la distanţa R de centrul Pămîntului.

g

. · b. · Compensarea apriorică a. lui presupune programarea vectorului g în funcţie de·· traiectul definit prin valorile vectorului de poziţie R.m.

446

l.

g

-sec

Apelînd pe gc(~) poate compensa cel puţin parţia-l pe din expresia lui a* (fig. 18.8, a). c. Autocompensarea vectorului g prin utilizarea informaţiilor de la ieşirea .sistemului inerţial (fig. 18.8, b). Calculatorul 2, pe baza informaţiei referţtoare la vectorul de poziţie măsurat, elaborează semnalu]

Rm,

o

b

.· Fig~ tl8.8. Sclieme· d~ compensare a vectorului

g:

compens.a'rea · aprio.t'Ică; b .z.. autocompensarea; 1 - blocul accelerometrelor;. 2 - .. e;a1cul;;tto:r; ~J -:-: :s:1,u;na.ţor cie semnale; 4 - calculator de · · . na'Vig?ţie; 5 - tradtiiCitor de orientare unghiulară ..

·a -

·~

.

.......

~

3·

.......

de compensare gc=fMRm/Rm,, unde f iar M ...;_masa Pămintului.

·18.2.3.

Construcţia

.

este~constanta atracţiei

universale,

accelerometrelor

Elementul constructiv fundamental al unui sistem inertial este accelerometrul. · · · · · · · a. Caracteristici generale ·ale accelerometrelor. Din punctul de v~dere al miscării elementului sensibil inertial se deosebesc· accelerometre cn mişca~e rectilinie şi accelerometre cu mişcare de rotaţie (pendulare).

Fig. 18.9. Tipuri de accelerometre: a -

directe; b -

simplu integratoare; c toare.

dublu integra-

In cazul accelerometrelor cu mişcare rectilinie, dacă forţa ·de reacţie Fe. este proporţională 9\1 deplasarea rectilinie lx a elementului sensibil adică Fe . klx, la echilihru cu forţa de inerţie Fi=-ma:rezultă Fe+Fi=.O sau lx=ma! Jk. Un asemenea instrument (fig. 18.g-, a) se numeşte accelerometru rectiliniu direct.

447

Dacă deplasarea lx este cproporţională cu integrala forţei de reacţie, atunci din echilibrul forţel<>r Fi şi Fe rezultă: {18.18) relaţie care arată că este vorba de un accelerometru simplu integrator (fig. 18.9, b). Asemănător, dacă deplasarea lx este proporţională cu integrala dublă a forţei de reacţie Fe accelerometrul se numeşte dublu integrator (fig. 18.9, c). Din relaţia de echilibru Fi+Fe=O rezultă:

lx= :

-~ ~ a:dt2 •

(18.19)

b. Accelerometrul pendular. Accelerometrele utilizate în sistemele au o construcţie mai complexă decît modelele prezentate. Cel mai frecvent se întîlnesc accelerometrele pendulare (fig. 18.10). Axa de oscilaţie a pendulului reprezintă axă de ieşire. În locul arcului mecanic, forţa de reacţie este produsă de un dispozitiv electro:ţllagneticformat din~ tr-un detector de unghi, un motor de cuplu şi eventual un amplificator; Mărimea cuplului dezvoltat de motor depinde de unghiul de rotaţie a pendulului, deci de valoarea acceleraţiei. Spre exemplu, sub acţiunea acceleraţiei a: apare momentul forţei de inerţie Fi=-ma: l şi momentul forţei de reacţie Me=krx. Din echilibrul acestora rezultă: inerţiale

ml

rx=k

*

a!

(18.20)

Ux= - ·

k'

Dacă se are în ved~re şi forţa de inerţie corespunzătoare componentei a acc~Heraţiei, -s~~ :obţine-, ecu~ţia .dejTenhilibru' k« ~=ma! l. cos rx'-ma: l sin ri'. în cazul că unghiurile rx' sînt mici se obţin~::

at

"'

rx' = __!!:;:__ •

(18.21)

aZ+k'

Eroarea absolută Ârx=rx-rx' de are expresia: * * Â rx = _ _ ax_a.....;;y'---

măsurare

k'(a;+k')

mo9• Fig. 18.10. Schema accelerometrului pendular.

iar eroarea relativă datorată componentei a: este:

*

L1cx aY Er=- = - - - ! cx

(18.22)

a*y +k'

Pentru ·ca eroarea să fie cît mai mică este necesar ·să se dea valori mari constantei elastice k' a aparatului. Schema constructivă reală a unui accelerometru pendular cu flotor se poate vedea în fig. 18.11. Asupra flotorului acţionează următoarele cu448

----=t

,

+M,;

pluri: cuplu1 de fr-ecare u~cată

cilplul de amortizare de moment

Ma=~k 1 m~~; momentul datorat acceleraţiei a;de valoare mra; ; momen-

tul forţelor de inerţie Mi=.lz·;_; momentul de reacţie M=kaUe, unde Ue este tensiunea obţinută la ieşi2 1 rea amplificatorului. 1 Presupunînd pe. cx suficient de mic, din echilibrul cupluri.ou lor rezultă ecuaţia:

1

~..j....-1~_,_1

J z·;_ + k 1mr~+ k 2U e=mra ~+ M,,.

1

k-

R,

H,

-+--o~---=-

r

(18.23).

:.......Loc

sau dacă se neglijează Mt se mai poate ~eri~:

..

.

-

...

.

J zCX + k1mTcx + krt=mTU111.

-

. (18.24)

<

.

unde k=kak2k3. Funcţia de transfer a accelerometrului este: Yv(s)=

Ue ·ku U,·

Fig. 18.11. Accelerometru pendular cu flo-

tor:

detector (traductor) de unghi ; M - motor de cuplu; 1 - flotor cilindric; 2 - carcasa

DU -

ermetică.

A

tt(s)

= -.aw(s) -*-.-• ·

(18.25)

s2 +2~wos~c,.,>~. ··

unde A=mr/Jz, 2E(J)o=k 1mr/1z, iar (J)~=k/Jz. în regim stabilizat din (18:23)-rezultă: (18.26)

-+~---!~--1

Fi

&··

~ ....,_..:;:mmt::;::;..-+-~

....-..-

m

Fig. 18.12. Accelerometru rectiliniu;· adică

exceptînd frecarea

uscată,

tensiunea ·Ia

ieşirea

din amplificator este · c. Accelerometrul rectiliniu. Faţă de schema din Îig. 18.1 accelerometrele rectilinii utilizate în SI au \lrt sistem de urmărire format din an-

proporţională cu acceleraţia de măsurat.


449

---------

samblul detector ·de- depl~are, amplificator şi motor d~ cuplu (fig.18.12)~ Analizînd forţele ce_ acţiqnează după axa de ieşire_ se obţine următoarea ecuaţie de echilibru: · · ·· ·· · •._; -·- ·_ * . mlx+ kalx+ kelx=ma:r,

(18.27)

unde au :(ost neglijate forţele de frecare uscată. _ Funcţia de transfer a accelernmetrului_ rectiliniu este:

y,(s)=

l,.~s) = a;c{s)

1

(18.28)

s2+2~wos+(t)3

unde 2~ @o=kafm, iar (1)3 .ke/m. Deci accelerometrele se prezintă din punct de vedere dinamic ca ele~ mente oscilante de ordinul doi. d~ Alte tipuri de accelerometre. în construcţia sistemelor inerţiale se întîlnesc multe variante constructive de accelerometre. Reţine atenţia accelerometrul simplu integrator cu pendul giroscopic care are performanţe superioare; De asemenea sînt de semnalaf accelerometrele simplu integratoare cu curenţi turbionari şi accelerometre1e dublu integratoare cu efect de volaiJ:t [63, 10.~J:_

18.2.4. Principii de construcţie a sistemelor monodimensionale de navigaţie

inerţiale

Se vor examina pentru început SIN monodimensionale cu elemente idealizate considerînd că. aeronava., evoluează în planul_ cercului mare ce trece. prin centrul Păniîntulu1; planurlui fiind .fix faţă de reperul inerţial.

1

a. Sistem inerţial geometric. Pe girostabilizatorul 1 (fig. 18.13) fix în raport cu triedrul inerţial 0 0x 0y 0z0 se montează platforma 3 şi accelerametrul 4. Platforma se poate roti datorită servomotorului 2 faţă de girostabilizator cu un unghi proporţional cu semnalul de ieşire de la integratorul dublu 5, astfel încît modelează triedrul OEYJt.. Deplasarea sistemului din A în B se face cu acceleraţia a 11 =sVTJ după orizontală şi a~; după verticală. Integrala dublă a ·lui a 11 reprezintă drumul parcurs adică arcul de cerc mare de lungime:

s~~Sa11 dtdt=~V 11 dt.

(18.29)

Coeficientul global· de amplificare a lanţului format din accelerometrul k 0 , integratoru,l ki şi servomotorul k 8 este k=kakiks. Se consideră sta~ rea perturbată a platformei cu unghiul ~ faţă de axa 0Y) {iig~ 18.14) cînd la ieşirea accelerometrului se obţine semnah1l ·

ay=a 11 cos 450

~g sin~-.

(18.30)

· Unghiul de rotaţie· absolută a axei de ·sensibilitate Oy în rapOrt cu girostabilizatorul se obţine prih integrarea dublă a acceleraţiei măsurate (18.30) adică: (18.31) unde ~abs · J~ + ~t, unghiul .de rotaţie de transport ~~ fiind ~t= § V 11 dt / R, R=Rp+H~6371 km.

.. o .

Schema·sţstemului inerţial de tip geometric: <1 ...:... ~·gitostabili21ator; · 2 servainotor; 3 platfonnii.;. 4 ...,... aocelerometru; 5 - integrator dublu.

Fig. 1Kl3.

Presupunind-deviaţia~ mică şi

.

luînd R oonst rezultă:

~-+kg~=v1l(k- -~

J·

(18.32)

Condiţia de invarianţă a· sistemull;1L,1aţă de acceleraţia V11 este k=-1i]R, situaţie· în care· mişcarea platformei este descrisă de ecuaţia: ••

g

!3+ Ii

~=o,

(18.33)

care cu

condiţiile iniţiale ~(0)= ~

şi Î1{0) .·

~ 9.adniite soluţia: 1

~(t).

~a

cos

(t)st

+-

~

~fr

sin

(t)st,

(Us

(18.34)

Fig. 18.14. înclinarea axei de sensibilitate a accelerometrului. ··

unde" ·<.u; =.g/R reprezintă pulsaţia oscilaţiilor· platformei, perioada lor fiind Ts=·21tV R/g. Dacă navigaţia se execută la R=6 371 km şi 29*

451

g-:-9,81 .m/s2 se obţine T-:--84,4 minute. Această valoare. se numeş:te perioafia Schuller._ P-entru condiţii iniţiale nule rezulţă. ~(t).--:-0 adică platforma modelează riguros planul orizontal.

b.,- Sistem inertial semianalitic. in acest caz accelerometrul este montat direct pe giro~ta'Qilizator. Astfel el este menţinut în plan orizontal (fig. 18.15, a):. Semnalele de la ieşirea accelerometrului 2 după integrarea în blocul 1 se aplică la 7 1 servomotorul 5. Cuplul dezvoltat de acesta provoacă apariţia unei miş cări de precesie a giroscopului în jurul axei orizontale Ox. De la ieşirea celui de-al doilea integrator 7 se obţine distanţa Sy · parcursă de aeronavă. Compensatorul programat 8 elaborează semnale de corectie a erorilor sisterriatic'e ale navigatorului inerţial. Unghiul de rotaţie absolută a giroplatformei este ~abs=·~ + ~t' unde ~ este unghiul de abatere a giroplatformei de la planul orizontal. Ca urma-· fiobs re accelerometrul măsoară mărimea ay-aTI -g~. Con·form. schemei structurale di~ fig. 18.15, b se obţin b

următoarele ecuaţii:

Fig. 18.15. Sistem inerţial monodimensional de tip semianalitic: ·

pentru ·inerţială :·

a - schema cinematică; b - schema funcţională; 1 - . primul integrator; 2 - aocelerometru; 3 - inel interior de suspensie; 4 - giroscop; 5 - servomotor ; 6 - inel exterior de suspensie; 7 - a l doilea integrator; S - cornpensatar programat.

11

k 1k 2 k 4

verticala Q

(sV_ -g~) - ' -K - s ==t-'abs;

-- pentru calculatorul coordonatelor: -S (V s y _ gt-'r=l). -k1kzks -2- y• s

2

(18.35)

(18.36)

Întrucît ~t= ~ V 11 dt/ R din (18.35) dacă este îndeplinită condiţia k 1k 2 k 4 /K=l/R se obţine ecuaţia (18.33). Considerînd satisfăcută condiţia k 1 k 2 k 3 =l din (18.36) se obţine ecuaţia erorilor de măsurare a coordonatei Su: ·

llS=SY

vy=-~• s s 2

(18.37)

unde Vyjseste distanţa adevărată parcursă de vehicul. 452

1 1:1

Substituind. în (18,3'() pe-·(1 din (HL34) şi luînd R=ar.fs2 =-gfs2 se . · ·

obţine:

AS=R~=R((10 cos

(J) 8

t

+ ~o.· sin

(J) 8

t).

(18.38).

cos

Aşadar şi SI semianalitic ·modelează pendulul lui Schiiller, iar oscilaţiile

platformei provoacă apariţia unor erori egale cu arcul de cerc descris de ·raza R la rotirea ei cu abaterea ~ de la planul orizontal.

c. Sistemul inerţial analitic. De data aceasta accelerometrele Ayo şi Azo sînt legate rigid de girostabilizator şi măsoară componentele acceleraţiei după axele ce modeleaz~ triedrul inerţial 0 1x 0 y 0 z0 (fig. 18.16, a): ay0=V11 cos

~t+a~ sin~;

(18.39)

unde

~t

este unghiul de

rotaţie

a axelor

0 1 YJ~

faţă

de axele 0 1 y 0 z 0 care se

calculează.

Acceleraţiile (18.39) se proiectează pe axele 0 1 yz ale triedrului analitic instrumental care modelează triedrul O'YJ~. Datorită erorilor, unghiul real ~c diferă de unghiul ~t adică: ~o ·~t+'~· În fig. 18.16, b acceleraţiile măsurate ay 0 şi azo se. proiectează pe axa orizontală 0 1 y şi

ay-k1 yayo cos

~c-::-kiZazo

sin

~c·

(18.40}

Acceleraţia ciy se integrează de două ori în blocul 3 şi astfel rezultă ~c=k 2 ay/s 2 • Presupunînd k 1 y=:k 1z=,k 1 relaţia (18.40) ţinînd seama de (18.39)

devine:

(V 11 cos ~t+a~; sin ~,)cos(~+·~)-(-V11 sin ~t+a~; =Y11

Cu precizarea

că ~t= V VTI

cos ~t) sin(~t+~)=

cos ~-ar; sin ~~v 11 -a~;~.

(18.41)

rJsR se poate scrie: , k. k

•

ill +~= ·;/ (V11 -ar; ~}, sau

ţinînd

seama

că

operatorul s

reprezintă

derivata rezultă: (18.42)

Condiţia de invarianţă faţă de acceleraţia orizontală V11 are forma k 1k 2 =1JR. în acest caz sistemul inerţial modelează pendulullui Schiiller. Distanţa calculată Sm se exprimă ca în cazul precedent Sm=R~c· In consecinţă, sistemele inerţiale de tip analitic au aceleaşi caracteristici dinamice ca sistemele inerţiale examinate anterior. 453

1

d: MăSUrdrea -altitudinii prin metoda inerţială. -Altitudinea de ~hor se poate determina în principiu utilizînd un accelerometru montat cu a.xa de sensibilitate după verticala locului Ot,. In acest· caz la ieşirea accelero-roetru:lui se obţine informaţia:m

••

. (18.43)

lr. = - (t, +g), k

Yerficolo geocMfriai Yedicolo ofJOIJIICO

~z -- --

!1

Fig. ·18.16. Sistem inertial monodimensional de tip anaUtic: a - schema cinematică ; b - sehema fuillCţională; 1 - bloc de sinus-cosinus; 2 - bloc de înmulţire; 3 - bloc de calcul a coordonatei.

în care g variază cu coordonata t, (care reprezintă chiar altitudinea H) conform relaţiei: ·

.. (·. - Rt) '

c=go 1.:.._2 -

.

...

-

'

(18.44)

~

g 0 fiind 'acoe:leraţia gravitaţiei la sol (~=H==O). Pin (18:421) ·şi(18.43) rez1,1ltă:

H-2 1'

45.4

Uo

R

.H= _!_ lr. -:-Uo· m

(18.45Y

din

, DaQă:altituqinea ecuaţia {18.45) se

t!alculată ;Hc ·conţine eroaţea l:l.H adică H==Hc-liH~ obţine,:

(18.46)

a

.

-'

-

-

. .

.

.

-

.

cărei· soluţie cu condiţiile iniţiale ÂH(O)=ÂH0~ ÂH(O)=O şi, notînd p=

...j·2go/R este:

· (18.47)

· ÂH(t)=ÂH0 ch pt.

O eroare -initiălă de altitudine de 1 m conduce la o eroare ÂH = =150 km după· 2 ore de funcţionare. In consednţă, măsurarea pe cale inerţială a altitudinii în cazul misiunilor de durată. lungă se face cu erori inadmisibil de mari [46; 63, -109, 135]. De aceea, sistemele inerţiale pure (neasistate) calculează do1;tr celelalt~ două .coordonate..

18.2 .5. Principii de construcţie a.siştemelor inerţiale bidimensionale de navigaţie lor

în cele ce urmează se vor face unele referiri la de tip semianalitic şi geometric.

construcţia

sisteme-

inerţiale

a. Schema cinemaUcă a unui sistem inerţial bidimensional. Organizarea generală şi elementele coffi:pon'enfe,a_leunui'.sistem inerţial bidimensional cu stabilizare giroscopicăde forţă se poate vedea în fig. 18.17. Două accelerometre Ax şi Ay montate pe suportul 1 sînt rigid fixate pe axa verticală 2 a ·platformei stabilizate 3 suspendată .cardanic prin inelele 7 şi 8. Inelul 8 de suspensie are lagărele plasate pe corpul 8 al aeronavei. Axele de sensibilitate ale accelerometrelor coincid cu axele orizontale Ox şi Oy ale trie.drului Oxyz modelat de ·plat.fortnă. În interiorul platformei stabilizate,:pe cadrele 4~ 5 şi 6, sîntsuspenc:late trei giroscoape 10~ 11 şi 12 care poşedă cite un. grad de liJ?ertate iaţă, de platforma 3 •. Giroscopul de direcţie· ll asigură stabilizarea· platformei în· azimut, iar· celelalte în plan orizontal. Giroscopul ·11 poate fi liber în azimut sau comandat de către sistemul cqmpas KS al aeronav~i. Semnalul de corecţie în azimut se aplică Ia motorul MC?J care, dezvoltînd un cuplu, provoacă preeesia giroscopului şi rotirea întregii platforme în jurul .axei. Oz: Stabilizarea. platformei în plan orizqntc:d se asigură cu semnalele de la ieşirea primelor integratoare (corecţie integrală) care se aplică ,Ja Il)Otoarele MCx şi MCy de corecţie a giroscoCl.pelor. La aceste semnaJe s~ adaugă semnalele V x0 şi Vyo care ţin seama ·de vitez;ainitială a aeronavei. La intrarea calculatorului de navigaţie CN se itltroâut semnalele ~Ne şi fjEc care compensează erorile metodice produse de acceleraţia Coriolis. Parametrii sistemului· de corecţie se aleg asţfel încît viteza de precesie a girosooapelor Gx şi Gy să fie egală cu viteza unghiulară de :cotaţie a verticalei locului în raport cu triedrul inerţial.

455

1

Platforma este prevăzută cu compensează acţiun~a cuplurilor

un sistem de stabilizare de forţă, care exterioare perturbatoare · ce ·acţionează asupra platformei. In acest scop se folosesc servomotoarele de descăr care SMx, SMy, SMz comandate prin intermediul amplificatoarelor A 1, A 2 , A 3 de către semnalele obţinute la ieşirea· calculatorului de stabilizare CS. Rolul acestui calculator este să prelucr~e semnalele U x, U y, . Uz obţinute de la ·traductoarele de unghi (Tx, Ty, Tz) de rotaţie ale cadrelor 4, 5 şi 6

j

. Fig. 18.17. Sistem

inerţial

bidimensional cu stabilizare de forţă:

giroscopică

·

suport de montaj a accelerometrelor; 2 - axa verticală a platformei; 3 ....... p1atfoll"llla srtabilizată; 4, 5, 6 - cadre de suspensie; 7, 8 - cadre de s.uspensie . a platfor:mei; 9 --:- .corpul aeronavei; 10, .11, 12 - giroscoape cu un grad de libertate; CN - calculator de navig.aţie; CS - calcuLator de stabilizare. 1 -

r

1

faţă de poziţia impusă. Semnalele de comandă se ţransmiţ la .servomotoare prin intermedi11l. transformatorului sinus-65sinus (rezolver) SCz astfel încît să fie proporţionale cu proiecţiile momentului perturbator după axele Oxk şi Oy". ale triedrului OXkYTcZk legat de platformă. În felul acesta se ţine seama şi de unghiul de rotaţie al cadrului 8 în raport cu planul perpendicular pe cadrul 7f măsurat de rezolverul SCx. Sistemele inerţiale de tip semianalitic diferă între ele în functie de triedrul în care se calculează coordonatele aeronavei. ·

b. Rezolvarea problemei de navigaţie în coordonate .geografice. Da~ă accelerometrele sînt orientate după axele orizontale ale triedrului O''Y)~ şi dacă se doreşte a se exprima poziţia vehiculului în coordonate geogra-

456

fice (J.., cp şi H), componentele acceleraţei ăr a vehiculului în raport cu din:

Pămîntul rezultă

a,={r"i cos

+(r~-2~~;_,_ri2 sin
)J+ +(;-:-r~~-ri 2 cos cp}"'K,

(18.48)

unde r=R+H; ;=H, ;=H. Acceleraţia de transport' fiind 'Ut~,Qx(Qxr) în care r=~i+YJ]0::·~"K, Q=Q cos cpJ+ Q sin cp"'K, iar r=r'K. -In final se obţine: a 1=rQ 2 (sin cpJ-cos cpK)cos cp. Acceleraţia Cori olis ·"Ci0 =2 QX V, se calculează avînd în vedere că

V, este viteza vehiculului în raport cu Pămîntul V,.=rixcos cpi-r~]+r"K. Cu aceste precizări rezultă: Cîc=2[(;Q cos cp+r~Q sin cp)i+r~Q sin

R}. cos

k
m

(18.49)

unde s-a considerat g~ =g11 =0 şi g, =g0 R 21/r 2, iar funcţiile B~ şi B 71 au expresiile:

Bz;=-H"i.. cos cp-2Hi cos cp+2rl~ sin cp-2Q(H cos cp+r~ sin cp); B 11 =.-H~·+2H~+r~ sin cp cos cp-rQ 2 sin cp-r.}.Q sin cp coscp.

Îil! r----- . . -,

:-s ...___.._. 1 $l)

1

l
l~

Ut 1 ~

1

1 ~

.

1

.

:~ L __ ..;. _____ ,

.

1? /; /Tl

f'

Fig. 18.18. Schema structurală a sistemului inertial in coordonate geografice. ·

451

·

Cea de a treia coordonată, · H, se determină' cu· ajutorul unui altime:.. tru sau pe altă cale. Schema bloc a sistemului de navigaţie considerat este prezentată în fig. 18~18. . . În mod asemănător se rezolvă problema de navigaţie dacă calculul poziţiei se face în alte -sisteme de coordonate [9, 42, -109]. -"' · -, c. Sistem inerţial de ·tip geometric· în: coordonate geografice. Siste~1 se caracterizează prin faptul că accelerometrele sale sînt orientate . du~ axele sistemului de_ .coordonate_ OE'Y)ţ,, iar platforma stabilizată 4 mod·elează friedrul inerţial Ox0 y 0z0 {fig. 18.19). Suportul 1 pe care sînt

Fig. 18.19. Schema cinematică a sistemului inerţial de tip geometric în ·coordonate geografice.: -· 1 - suport de montaj; 2 - inel de sUS!PCnsie; 3.- ţ>ucşă; 4 - plat.:liorma stabillz;ată; S, 6. - cadrele de. suspensie ale platfomnelor; 7, 8; 9 '- inele de suspensie a ;giroscoapel«; G" · G;J, ~ -·giroscoape cu un grad de libertate; TUt. TU2, TU3 - tr:adUICto.are de unghi; SCt, SC2, SC3 ;_ transfo~martoa.re sirius.:.OOisinus; MDt. MI>:!, MDJ - motoare de descărcare;. CN .-.. calculator. de naVigaţie.

fixaţi accelerometrul AN {cu axa de. sensibilitate_. după direcţia N-S) şi accelerometrul AE (cu axa de sensibilitate după direcţia E-V) este menţinut în plan --orizontal,. fiind totodată stabilizat în azimut (după meridian). Suportul 1 se sprijină pe axa orizontală' în jurul căreia este acţionat la

458

distanţă~de către tnQtoruJ ~Mq, cu sem,nale în funcţie de latitudine obţi~ nute tie Ja Jeşirea, calculatoţUlu~ de navigaţie CN._ Inelul de suspensie 2

al Sl,l~rtul-Ql- 1_. s~ sprijină·. cu bucşa } _·pe axa platformei 4•. suspendată cu ajutorul cadrelor5 Şi .6. În. inter~orutplatformei sînt dispuse trei giroscdape _G1, G 2 şi G 3 avînd fieGare c;îte -un· grad de libertate asigurat de inelele ·1, 8 şi respectiv ;9. Acestea -asigură stabilizarea platformei în :raport cu triedrlil inerţial. De regulă, coordonatele 0 0x 0 y0 z0 legate de giro.L stabilizator modelează sistemul de coordonate: ecuatorial (v. cap. 14). Stabilizarea girQScopică de forţă se realizează prin sistemul de descărcare a cuplurilor ·pertwbatoare exterioare,. sistem care include traductoarele de unghi TUi_, TtJ2, TU3, tra:hsforrriatoarele ~inus-cosinus SCh SC 2 , SC3 şi motoarele de descărcare MD1, MD 2 şi: MD3 • Coordonarea şi comanda sistemului de descărcare se asigură de modulul de calcul al stabilizării platformei CS. _lntrucît accelerometrele sînt orientate după axele sistemului orizontal de coordonate, semnalele de ieşire reprezintă acceleraţiile nordică aN şi respectiv estică aE. Semnalul de ieşire de latitudne Îl. se însumează cu semnalul dat de mecanismul de ceasornic T, care modelează viteza unghiulară de rotaţie- a Pămîntului. Acţionarea la distanţă M'J.. comandată prin semnalul sumă- k;+Qt>roteşte cadrul_ 2 (împreună cu el şi accelerometrele)lri jurul axei hirnii cu viteza unghiulară de rotaţie a meridianului locului! în râporr·cu spaţiul sideral. La alinierea iniţială, axele accelerometr~lot se advc automat pe direcţiile nord şi est. Orientarea un..: ghiulară a girostabilizat(}rului se .asigut:ă cu aj:utorul motoarelor- de cuplu MCh MC 2 şi MC3 • Apoi în procesul .de funcţionare a sistemului inerţia~ · giroscoapele rămîn libere, iar deriva lor trebuie să fie minimă pentru a nu produce erori de orientare a platformei.

18.3. ERORILE SISTEMEWR DE NAVIGAŢIE

INERŢIALE

î'ri deie -ce' urme~ză vor fi·e~:eţnrlnaţe silccintprincipalele ereri ce intervin în funcţionarea- navigatofi1ori iherţîaH prevăzuţi cu componente reale. 1'8.3.1. Studiul oscilaţiilor platfo!ID-ei Orientarea platformelor stabilizate astfel încît să modeleze un trie~ dru impus reprezintă o operaţie foarte importantă. Elaborarea şi transmiterea acestor co1nenzi îri ansamblu se ~a-ce cu ajutorul unor blocuri de calcul. Pentru a sublinia esenţa acestor probleme se va considera cazul simplificat al deplasării vehiculului pe -meridian la altitudine constantă~ Din acelaşi motiv se va neglija rotaţia Pămîntului. În aceste condiţii V~; ·_:_:_:v~ =0 şi (1) 11 =cu~ . ·· O, iar (!);~; · ~~-:--V~ /(R+H)~-V11 /R, ceea 459

·ce îhse~~~ă ~ă :Pentru a se menţine -oriţontală, platforma .trebuie rotită cu viteza Jl.- hl~ • Dispozitivul care asigură această acţiţ~J)e este prezentat în fig" 18.20. Traductorului de cuplu i se aplică un semnal proporţional cu V11 •• De aceea motorul dezvoltă cuplul M=1J.V11 unde 1J. este o con_stantă. Sub acţiunea acestui cuplu, inelul de suspensie se roteşte în jurul axei ·t:... Detectorul de unghi sesizează rotaţia şi produce un semnal

/

Axo de intrure·

:Servomotor

Fig. 18.20. Schema buclei Schtiler de stabilizare a platformei .în plan orizontal.

. .. care comandă servomotorul de acţionare a p}~ţ:fiormeh~;t~a ro-taţia platformei cu e=i~ giroscopul reacţionează cu cuplul girosc~~ic Mg=Ke, iar Jn regim stabilizat M . Mg=K~ _ KV11 /R . .Dar semnalul aplicat traductorului de cuplu se obţine după primul inţegrator astfel că · -~

M=IJ.~a*dt.

(18.50)

Ţinînd seama că mărimea ,a~ "7 Vii ---,-g~ ·şi dacă. se. are în vedere miş <2area perturbată a platformei cînd e=cp + ~~ respectiv =~ + ~' se poate scrie:

e

K(~+·';.)=IJ. S·(VTI-g~)dt, de unde derivînd de

două ori'rezultă:

(18~51)

·. (18.52)

460

\

\

Dacă este îndeplinită aşa numita condiţie a lui Schfiler !J.=J:r/R osci-

laţiile

~isînt

f1(t) ale platformei sînt invariante faţă de acceleraţia· vehiculuh1i descrise de ecuaţia: ••

g

f1+ -

R

(18.53)

f1=0,

identică

cu (18.33) şi avînd soluţia (18.34). Faptul că platforma execută o.mişcare oscilatorie are o influenţă favorabilă asupra· evoluţiei în timp a erorilor cauzate de imprecizia elementelor ce compun navigato:rul inerţial.

18.3.2.

Ecuaţia

erorilor

În expresia erorilor se au1 în vedere atît erorile instrumentale cît erorile de iniţializare.

şi

a. Erorile instrumentale. Accelerometrele şi giroscoapele au erori proprii care se pot pune în evidenţă prin factorul de scară, pragul de sensibilitate şi derivă. În ce priveşte accelerometrul, semnalul furnizat de el este: ·· (18.54)

unde ka este factorul de scară, iar b ·..,...- pragul de sensibilitate. Asemănător, semnaJul de comandă a rotaţiei platformei este afectat de erori încît rotaţia efectivă este în loc de între aceste rotaţii existînd relaţia:

lep

e,

(18;55)

ev=(l +kg)ie +s, unde kg este factorul de b. Erori de ==V110 sînt

scară,

iniţializ,qre.

iar s deriva.

Valorile

iniţiale

ale

poziţiei 'Ylo şi

vitezei YJo=

afecţate de erorile ~ 'Y) 0 şi respectiv ~ ~ 0 •

c. Eroarea de ieşire:· Coordonata calculată 'Ylc(t) este. afectată de o eroare A'Yl(t) definită prin: (18.56)

Întrucît platforma se .presupune perturbată cu .unghiul f1. de ·la oricomponenta acceleraţiei după axa de sensibilitate· a accelerometrului este:

zontală,

.a."x,

.JIMW

· ,·Pe ~baza sc~mei simplificate a navigatorului inerţial monodimensional din fig. 18.21. se pot scrie ecuaţiile:

.

.

~

.

~(1+kg)-c

· R

(18.58)

.

~

+e--. R

(18.59)

ACC[Lfi1011ETI?fJ

_j_.fl1-______ _ +Y-

dj

PLATFORMA

l.8. CAtCIJLifTOR

Fig. 18.21. Schemă bloc peri.tl'u calculul erorilor sistemelor inerţiale.

Din relaţia (18.59) prin integrare cu condiţia iniţială ~(0)=:~ 0 se ob-

~~~

.

'{1===:t~o+ ~ + .2_ (' kg ~cdtR R J Ecuaţia

erorii AY;J

re~ult~

6.l)o

R

+ r edt. J

(18.60)

deforrp.fi:

8~ +"(~+:a)g Ăl) :b~(l+kd't{ f'(} ..;;·. . ·~11 )+ka~~ -

(1 + ka)

~ )kg ~cdt-(1 +ka)•g ~ edt

c.

(18.61)

Dezvoltînd ecuaţia (18.61) şi neglijînd termenii care conţin factori de forma kakg, kae etc. ca fiind foarte mici se ajunge la:

Â;l+(l);âYJ=b-g~o+(I)!.L\YJo+ka~-(1);~ kg~ dt-g~ gdt,

(18.62)

în care ro}.· g/R, iar T:v-21t/ws~8.4,4 minute reprezintă perioada Schiiler. d. Soluţia ecuaţiei erorii. Soluţia ecuaţiei (18.62) se calculează considerînd pe kg, ka şi e constante~. De asemenea se presupune constantă şi viteza· V11 ==~. În,Cl.c~ste condiţii rezultă:

~Yfo+Â~(l sin

ÂYj(t) .

.

-kgVn 462

w.t+(. l

~8

( t- si:~·t

J-,

g

~f3o) R(1-cos IDst)~

Re ( t-

·sinw~,t ) .

(18.63)

"\

\ \ \

\

Se observă ~ă apar două· categorii de erori: unele care ramin constante fu raport cu timpul, iar altele· variabile în timp. Erorile din ·cea

de..;a doua- categorie se acumulează în 'timp depinzînd direct de durata misiunii de zbor. Ele se da:toresc parametrilor kg şi e aigiroscoapelor. De aceea -se afirmă că de calitatea· giroscoapelor depinde precizia unui navigator inerţial pur. e. Evaluarea erorilor pentru un caz tipic. Er()area de introducere a iar eroarea de viteză

po·ziţiei iniţiale pqate fi de ordinul 11Y) 0 =185,2m, iniţială în jur de 1,852 kmjoră, ~stfel că: A

Ll'Y)

{ )

t

A •

sin

W 8i

=Ll'Y) 0 ----..:... ~ 370 ·, 4

. (!) t [m], Sin 8

Ws

deci eroarea rilaxiniă esJe de 370,4 m. Dacă se admite ~că praguL de sensibilitate al accelerometrului este b=0,5 ·10-4 g rezultă:: · ÂY)(tY

b

- R(l-cos (J)st), g

eroarea maximă fiind Â Y)mm; :2Rb/g!:!::!556 [m]. Nivelarea iniţială se poate lua ~ 0 =15" astfel, Â 'Y) (t)=-~ 0 R(l-cos (J)st), de unde efectuînd calcule se obtine o· eroare maximă de 926 m. Erorile . din .cea _de-a _·doua.· categoriE\·. dacă se consideră un giroscop cu·e· ~,01 9/oră ~i kg=iiO-~, se obţin: o'eroare de l,lkrn pentru o oră: de zbor datorită hii't şi:co €roare''de~1~852 km pentru o oră de zbor datorită lui kg• Din aceste~ rezultate se poate constata că sistemele inerţiale pure pot avea erori importante dacă misiunea de zbor ·este de lungă. durată. Din acest motiv ·sistemele inertiale moderne sînt asistate de alte sisteme de navigaţie (Doppler, radio etc:).

O operaţie de mare însemnătate ce tre-buie efectuată la pregătirea navigatorului -inerţial constă în orientarea platformei cu accelerometre astfel ca axele de sensibilitate ale acestora să fier paralele cti axele triedrulu.t :de, referinţă. · . . Pentru. platformele stabilizate orizontal (v-. § 16.6) operaţia de aliniere eomportă în principiu două etape. Prima ...._ nivelarea platformei - con,.. :Stă în aducerea:planuluî ·peY);paralel cu planul orizontal; :a doua ~ orien• ·tarea în azirnut -:- urmăreşte realizarea paralelismului axelor Pf şi PTJ eu tangenta la cercul paralel şi respectiv la meridianul-local. Automatizarea nivelăriL platformei :are la bază~ faptul· că accelerometrele:elaborează semnale nule la -repausul vehiculului faţă de Pămînt, 463

'\

\ \

Se

\

observă ~ă apar două categorii de erori: unele care ram1n con-

stante in raport eu· timpul, iar altele· variabile în timp. Erorîle din cea de-:a doua~ categorie se acumulează în 'timp depinzînd direct de durata misiunii de zbor. Ele se da:tor€sc parametrilor kg şi e ai ·giroscoapelor. De aceea -se afirmă că de· calitatea· giroscoapelor depinde precizia unui navigator inerţial pur. e. Evaluarea erorilor pentru un caz tipic. Er()area de introducere a iar eroarea de viteză

poziţiei iniţiale poate fi de ordinul ll"f) 0 =185,2m, iniţială în jur de 1,852 kmforă, ;;1stfel că: A ( ) A • sin wsf ~ 370·, 4 s1n . .u"fJ t =.uYJ 0 -

(J) 8

t [ m],

Ws

O operaţie de mare însemnătate ce trebuie efectuată la pregătirea :navigatorului inerţial constă în orientarea platformei cu accelerometre astfel ca axele de sensibilitate ale acestora să fie- paralele cu axele trie'drului::de referintă.· Pentru: platfbrmele stabilizate orizontal (v. § 16.6) operaţia de ~aliniere comportă în prinCipiu~ două etape. Pritna ~ nivelarea platformei - con,.. :Stă îrr aducerea planului PEYJ:·paralel cu .planul orizontal; a: doua - orientarea în azinlut ~ urmăreşte realizarea paralelismului axelor şi PYJ eu tangen~ la cercuLpara:Iel şi respectiv la meridianuLlocal. · ; Automatizarea: nivelărU platformehare la bază faptul· că accelerometrele elaborează .semnale nule la .repausul vehictilului faţă de Pămînt,

Pe

46.3

DUBLA

numai dacă axele lor de sensibilitate sînt situate în planul orizontal local. Modificarea ce trebuie adusă circuitelor sistemului constă în realizarea unei legături· suplimentare între accelerometrul 6 şi axa de ieşire a giro7 scopului de verticală 1 (v. fig. 18.22). Un comutator 8 ~sigură introducerea sau scoaterea acesţei legături suplimentare din circuit, 4upă cum

Fig. 18.22.

Schemă

de -nivelare platformei.

iniţială

automată

a

dispozitivul d~ acţionare al platformei funcţionează în regim de nivelare (comutatorul este- în poziţia a) sau în regim de_ stabilizare (comutatorul este_ în poziţia b). Giroscopul este prevăzut cu un traductor de ctţplu 4 şi cu un traductor de unghi 5 .. Semnalul opţinut ,de la traductorul de unghi este aplicat motoru1ui 3, deştinat.acţionării pl(lţÎormei,:, prin. jntermedful amplificatorului 2. - -- - . · · ___ Dacă platforma este înclinată faţă de planul orizontal, accelerometrul 6 emite un semnalcare, după trecerea prin amplificatorl!l 7, se aplică traductorului de cuplu 4. Cuplul produs roteşte giroscopul în jurul axei de ieşire; traductorul de unghi emite un semnal ce se aplică rrwtorului de acţionare a platformei. în consednţă, platforma -se roteşte in jurul unei axe paralele cu axa Ox, fapt care conduce la apariţia unui cuplu giroscopic în jurul axei de ieşire. Acest cuplu este echilibrat de cuplul dezvoltat de traductorul 4, astfel că- inelul giroscopului rămîne deviat cu un anumit unghi; semnalul constant elaborat de traductorul 5 continuă să comande rotirea platformei în sensul aducerii ei în poziţie orizontală. Cînd platforma devine orizontală, se anulează atît semnalul elaborat de acceleremetru, cît şi cuplul de-zvoltat de traductorul 4. în această situaţie cuplul -giroscopic :readuce axa Ox în poziţia iniţială, astfel că semnalul aplicat motorului de acţionare se anulează. Menţinerea platformei în poziţie orizontală- implică rotirea ei în jurul tangentei la meridian cu- viteza unghiulară <.t> 11 =.Q cos -

464

r---~-

,

"""-~~-~-

\

~e obţine. rotaţia corespunzătoare mişcării Pămîntului

ridian--pentru trebuie să se imprime giroscopului o precesie în jurul axei de intrare cu viteza unghiulară, Qx=Q cos cp. Aşadar, în circuitul suplimentar corespunzător accelerometr.ului orientat după tangenta la cercul paralel se introduce un semnal proporţional cu viteza unghiulară Qx (v. fig. 18.22). Accelerometrul· detectează acceleraţia a~; =-g sin oc; această componentă se obţine proiectînd egalitatea a*=a-g pe direcţia axei de sensibilitate, cu observaţia că în cazul studiat a=.O. Pentru valori mici ale unghiului
Aa~; =---'-Agoc,

(18.64)

unde A este constanta de amplificare. Dacă se are în vedere şi eroarea accelerometrului !ia, la intrarea traductorului de cuplu 4, se aplică semnalul A(-goc+Âa)+ Qx. Sub acţiunea motorului, platforma se roteşte faţă de suport cu viteza unghiulară ;,; viteza ·ei faţă de reperul inerţial este, evident, ~ + Qx. Din condiţia echilibrării cuplului giroscopic corespunzător acestei rotaţii prin cuplul dezvoltat pe baza semnalului- A(--goc+Âa)+ Qx şi cuplul giroscopic determinat de deviaţia Â(!), se obţine: K{ ~ + Qx)~k[A(-got + Âa) + Qx] +KÂ(!),

(18.65)

unde K este momentul cinetic al rotorului giroscopului, iar k constanta traduc;torului de cuplu . .P~ntruk=K..ecuaţia (18.6p)_de~ine:

~+ Qx-,A(---goc+ Âa)+ Qx+Â. Dacă ţională,

Âa şi Â(!) sînt constante, devine:

ecuaţia

"'o s+Ag

) S=-<( X .

·+

(18.65)

~w+A~a s(s+Ag)

unde oc 0 este valoarea iniţială a unghiului oc. Originalul funcţiei (18.67) adică soluţi.a

..12-- 1[ oc(s)]=at{t)=et 0et;T

+ (T Â(!)

{18.66)

scrisă

sub

formă· opera-

(18.67)

'

ecuaţiei

(18.66) este:

+ ~a)( 1-e-tfTJ,

în care T=1/Ag reprezintă constanta de. timp a sistemului. Din (18.68) se observă că unghiul oc tinde către valoareq
+ ~a • g .

(18.68) soluţia

{18.69)

Mărimea :t~rmenului Âajg depinde de clasa de precizie a accelerometrului utilizat; pentru accelerometrele. de clasă in~rţială valoarea lui este de ordinull0-4 •.·' .10-5 radiani. ValoaŢea termenului TÂ.(!) poate fi ,diminuată prin micşorarea constantei de timp T, adică prin creşterea constantei de amplificare A: Ale30 - Aparate de bord

465

gerea unor valori mari· pentru constanta A conduce la cresterea vitezei ' unghiulare _~X. Datorită saturaţiei . traductorului de cuplu, această viteză . nu poate însă depăşi limita cxoM• Din soluţia (18.68) rezultă: ~

.

.

• .·( - a:o «= T

+--a:m ). e-tiT . •

(18.70)

T

În perioada iniţială a procesului de nivelare se poate considera că astfel încît relaţia (18.70) devine:

•

a:o

cx~--e

-tiT

T

•

(18. 71)

de unde, punînd ·condiţia _ca viteza ~X să· fie cel mult egală la momentul . -• iniţial cu limita CX 0 M, rez-ultă: (18. 72)

cxm==~(A)

• oto

~

a:om

+ ~a.

(18.73)

g

-

,Este de reţinut că unghiul cxm se obţine după un timp infinit. Timpul tm după care unghiul de înclinare a platformei atinge valoarea ~Xm+.6cx este dat de egalitatea: amt~a

s:d(X =

.. tm

. ali

Efectuînd calculele

şi

.

:a;~;-Qr.o~ e~/Tdt• O

considerînd .

a:o.

că· ·
a:o·

«

tm=-.-Jn-·-. . a:oM

cx 0 se

obţine:

(18.73)

D.a:

Dacă se 'iau valorile: CXo=t5, 7°, ~oM=11,4/s, Sa-.lo-5 g,. Âoo='l 0/oră, rezultă T . 0,5s şi CXm 0,75·10-5 radiani. _ · Timpul după care· se atinge valoarea limită a unghiului a. cu eroarea Âa..:...:..:Q,25•10-,5 radiani este tm;=6,46s; se observă că durata procesului d~ nivelare este suficient de mică în comparaţie cu timpul necesar pentru: încălzirea sistemului şi aducerea giroscoapelor la turaţia de regim. Intr-o va:riş.ntă mai complexă, dispozitivul de corectare automată a poziţiei.iniţiale a platformei-poate asi~r~- atît nivelarea,·cît şi orientarea ,acesteia ·in azimut. Se lirniăreşte ca axele sistemului Oxyz, legat de plat• :formă, să coincidă cu axele triedrului orizontal local,- O!TJt.. Pentru de-talii privind aeeastă; problemă se recomandă literatura de specialitate 146; 109]. 466'

19

SISTEME COMPLEXE DE NAVIGATIE

19.1. CONSIDERATiî'GENERALE . ŞI CLASIFICAREA SCN Sist~mele complexe de navigaţie SCN au rolul de a culege, prelucra trahsmite spre diverşi receptori informaţiile referitoare la parametrii ce earac.te:rizează: poziţia ·şi evoluţia aeronavelor, existenţa unor obstacole sau amenajări Ia·.• sol, mişcarea relativă· a· ţintelor ·aeriene etc. SCN reprezintă instalaţii. multidimensionale de măsurare în car€ procesele de culegere şi prelucrare a informaţiilor se •efectuează într-o astfel de succesiQ.rte·· şL int~rdep~~4r;l;lţă.~dncit.:se ·realizează compensarea şi filtrarea erorilor~ .. ReţtJae.ilteuţia.fapţul că problemele referitoare la. prelucrarea informaţiilor· şi extragerea semnalelor utile din zgomote se rezolvă cu ajutorul calculp.toarelor electronice, ·ceea ce conferă sistemelor o înaltă precizie şi o fiabilitate mărită. Rolul acestora nu se limitează doar la calcqlarea coordonatelor, ci se extinde cîn domeniul optimizării regimultţi de. zbpr, ·regitnului· de navig~ţie, regin\urilor de funcţionare a motoarelor, comenzii automate, dirijării la ţintă etc, în::®drul acestui capitol se yor prezenta cîteva probleme cu caracte.r informativ,iiin .acest domeniu Joarte vast .cu pronunţat·. car-acter in,ţe:rdisciplinar. !JCN ,$'e fJ:Ot clasifiea Jn funcţie de mai mulţi indicatori tehnici cum ar fi:o volum,til de informaţii prelucrat, nivelul de automatizare a prelucrării informaţiilor, variabilitatea structurii sistemului de măsurare, metodele folosite pentru creşterea gradului de fiabilitate 'şi reparabilitate etc. · :ln funcţie de volumul de informaţii· prelucrat SCN se împart în următoarele subgrupe: Ai cu volum de informaţii incomplet, în care infoJ":rnaţiile primare nu acoperă integral toate eerinţele de măsurare a parametrilor .de naydgaţie; A 2 ,..- cu volum complet de informaţii; A 3 - cu volum de -informaţii î~ exces. Excesul de· informaţii este folosit pentru şi

:creşterea precizie.i.şi .fiabUităţiimăsurăriL

· In funcţie de.·:mivelul de automatizare'a se împart 30*

în:B 1 .~.semiautornate

prelucrării informaţiilor SCN

în care n:serie de

operaţii

revin .opera:-

467

torului uman; B 2 - complet automate în care prelucrarea informaţiilor se face integral cu ajutorul calculatoarelor. Metoda de prelucrare a informaţiilor poate fi deterministă sau statistică. Prelucrarea deterministă se face prin algoritmi cunoscuţi în calculatoare analogice, iar prelucrarea statistică de regulă cu ajutorul calculatoarelor electronice. În funcţie de gradul de staţionaritate a structurii SCN pot fi: C1 cu structură invariabilă în raport cu condiţiile de zbor şi regimurile de navigaţie; C 2 cu structură vari(!bilă în funcţie- de regimurile de navigaţie; C 3 autoacordabile, avînd posibilitatea de modificare automată a parametrilor sistemului; C 4 autoinstruibile avînd posibilitatea de modificare a legăturilor dintre subsisteme pentru adaptarea la condiţiile de zbor; C5 - evolutive, în care structura sistemului se modifică prin procese de autoadaptare şi autoinstruire. · În funcţie de volumul regimurilor de navigaţie se deosebesc: D 1 SCN care rezolvă problema de navigaţie într-un singur regim; D 2 - SCN multiregim, care fiind organizate pe mai multe subsisteme pot rezolva fiecare cîte un regim de navigaţie;- D 3 - S_CN care pot rezolva toate regimurile de navigaţie. După legătura ce se stabileşte cu receptorii de informaţii se disting: E 1 - SCN fără pilot, situaţie în care informaţiile de ieşire se introduc direct în sistemul de conducere automată a aeronavei; E 2 - SCN cu telecomandă care, pe lîngă măsurătorile autonome, folosesc şi informaţii exterioare pentru rezolvarea problemei de navigaţie; E 3 ...- SCN pilotate în care_ operatorului uman (pilot, navigator etc.) îi revin o serie de atribuţii privind selectarea şi prelucrarea informaţiilor de navigaţie. În alcătuirea sistemelor complexe de navigaţie se aplică în parte principiile prezentate î~ cap. 15. Astfel dintre subsistemele ce alcătuiesc SCN unul reprezintă navigatorul de bază, iar celelalte· sînt sisteme corectoare. -sistem~F de na\ri'gâţie de· bâză--este format_"de :regulă dintr-un sistem autonom: de tip inerţialsau aerodinamic~'Din:cap.17 şi 18 sepoate ~nstata- că sistemele autonome (aerodinamic şi inerţial) -sînt -caracterizate prin acumularea erorilor în timp. De aceea ele trebuie să fie asistate, deci -corectate de sisteme ce funcţionează pe alte principii {sisteme Doppler, radiotehnic, astronomic etc.). În funcţie de tipul dispozitivului de navigaţie folosit la asistare, informaţiile ce se introduc în navigatorul inerţial pentru corectarea acestuia pot fi viteze sau diferite coordonate. Astfel, în cazul utilizării unui sistem Doppler informaţia -exterioară folosită -pentru ameliorarea funcţionării dispozitivului inerţial este viteza vehicul ului. Procedeul permite_ amortizarea oscilaţiilor . platformei şi corectarea, la anumite -intervale, a --erorilor de viteză. Fireşte aceste corectări sînt limitate de însăşi precizia -dispozitivului folosit pentru asistare. Cît priveşte erorile de determinare a coordonatelor, acestea continuă· să se acumuleze îri. timp, corecţiile de viteză introduse avînd ca rezultat doar cresterea lor ma.i lentă. O altă cale constă în corectarea coordGnatelor furnizate de navigatorul inerţial ~u ··ajutorul.informaţiilor obţinute prin metoda astronomică, radiotehnică --etc. In aceeaşi; cat~gorie intră şi utilizarea altimetrului -pentru corectarea c

468

\

\ erorilor de determinare a înălţimii; aşa se procedează cînd vehiculul -evoluează pe verticală, cum este cazul rachetelor, situaţie în care asistarea navigatorului inerţial este impusă de divergenţa erorilor menţionate.

19.2. AMORTIZAREA OSCILAŢIILOR PLATFORMEI Ecuaţia soluţia:

(18.53), cu

.

condiţiile ·iniţiale ~(0)=0 şi ~(0)= V11 /

l~(t)

R, admite

v11 .~, R

(1.)

relaţie care descrie oscilaţiile neamortizate ale platformei sub acţiunea sistemului de orientare automată. Dacă, de exemplu, se ·ia Vr, =500 m/s, R.:_.6,37 ·10 6 m şi g/R=1,24 ·I0-3 s-1, pentru amplitudinea Bm se obţine o valoare destul de mare, .şi anume 3°38'. Mişcări ()Scilatorii cu amplitudine mare se produc şi din alte cauze (v. cap; 18)'. Cu toate că, în esenţă, mişcările de oscilaţie sînt convenabile din ·punctul de vedere al evoluţiei erorilor, acestea pot fi mai mult micşorate dacă· oscilaţiile platformei s-ar amortiza rapid. Pentru amortizarea oscilaţiiolor de acest gen se pot utiliza fie semnale din interiorul sistemului, fie informaţii exterioare.

w=..J

a. Amortizarea . cu . se7rt1Wl~ din interiorul sistemului. Schema funcîn fig. 19.1 'este prevăzută cu o legătură suplimentară stabilita' între ieşirea accelerometruhii .şi intrarea traductorului de cuplu. ţională' prezentată

Fig. 19.1. Schema de amortizare a oscilaţiilor platformei cu semnale din interior. Datorită

celor· două semnale aplicate la intrare momentul cuplului dezvoltat de traductor este: t

M==fl

~ (VTJ -g~)dt+kC\\ -g~),

o

unde k este un coeficient de pr6porţi6naÎitate. 469

1 1

Ţiriind seama de relaţia (18.99), se poate scrie: t

K{~+ :· )=krV. -g~>+~~5 rv. ~>dt.

{19.1)

o

Dacă se derivează egalitatea (19.1) şi se consideră satisfăcută condiţia Schi.iler rezultă:

· (19.2)

în care gk/K-==2 (1), g/R=(l)2. Cu· condiţiile iniţiale {1(0) · .o~~ ~(O)===kV 11

/K şi

considerînd că ~ < 1 se

obţine următoarea soluţie aecuaţiei diferenţiale (19.2}:

~-e""'"Ccnt [

k

(.. • · -

Kw'

V'll

+

v?::-). sin (l)'t-

în care .(J)'-(i)V1 ~2 : În ·cazul stantă soluţia (19.3} devine: {1=

parrticu~ar

kV . _

K:

K';

k

···

·-

v

+ K (l)i '

cînd aecelera.tia'V 11 ::c · ..

kV

]

cos (l)'t

(19.3)

este con-

-

e-Cwtsin (l)'t.

(19.4)

Din soluţiile (19.3) şi (19.4) se observă că amortizarea oscilaţiilor platformei este cu ~atît mai accentuată cu cît produsul ~ (1) este mai mare, cu alte ·cuvinte eri cît coeficientul de proporţionalitate k are valori mai însemnate~ Pe de altă. p(lrte, din (19.3) rezultă că în cazul cînd V1l 4=0, oscilaţiile platf?rll1ei .. s~. amSJrtizează în jurul unei . yalori diferite de zero, păstrînd la sfîtŞifu1 ămorlfzarli o a~umltă.·devia~J.e,.îll:.~ti_IllP ce în cazul soluţiei (19.4) amortizarea se_ efectuează în.jurul -p-oziţrer.core·cte, de zero. Ca un dezavantaj se remarcă faptul că amplltudinea oscilaţiilor depinde de

acceleraţia V11

a vehiculului. şi de derivata acesteia V11 • Calculînd acum eroarea de determinare a vitezei V cu formula: t

fl.V 11 =g

·.~ ~ dt, o

în care pentru ~ seia soluţia (19.4) rezultă în final:-

Corespunzător, pentru eroarea de determinare a coordonatei obţine expresia:

ă"l)=

4_70

l~

':t• [t- ::'"'("'"-:;'"' sincu'l-2~c.>coscu'l

2

)-

~l

'Y)

se

(19.6)

Afnorti~ar~a iilternă se poate- realiza folosind şi alte variante de conexiuni decît cea prezentată în fig. 8.2. Oricare ar fi această schemă, este de reţinut următoarea constatare generală: termenul de amortizare introdus în ecuaţia de mişcare determină pierderea calităţii esenţiale a platformei şi anume aceea de a nu fi perturnată de acceleraţiile vehiculului. Aşadar,_ metoda amortizării interne (autonome) nu dă satisfacţie.

Fig. 19.2. Schema -de amortizare a oscilaţiilor platformei cu semnale de vi teză.

b. _Sistem Doppler-înerţial. Se analizează cazul cînd pentru amortizarea ospilaţiilor- platfo~mei se folosesc informaţH din exteriorul sistemului. PentrU aceasta se consideră schema navigatorului inerţial din fig. 19.2cuplat, prin intermediul unui calculator, cu un dispozitiv care furnizea.ză cu precizie înaltă vit~za vehicul:t.ilui. Fie V viteza măsurată de acest vitezometru şi Vi vit~.za d(:h:erminată de navigatorul inerţial. Ce1e două . semnale V şi Vi-sînt intfoduse în- calculator, care elaborează un semnal de corecţie n 1 @, unde n 1 este un coeficient, iar ~=
.

-

-;K(~ +7)

t

~M S- (V~gj1-n 1 ~)dt. o

· Da·că se consideră satisfăcută condiţia Schliler,- prin derivare se obţine ·

ecuaţia:

de unde introducînd notaţiile ~

2

. _~1

şi gfR={jj 2 , rezultă: (19.7)

471

• SoluJia acestei ecuaţii (pentru şi ~(0)=·~0 ,

~ 1 < 1), cu condiţiile iniţiale ~.(0)=0

este: (l9,8)

în care ooi=oov' 1-~i este pulsaţia oscilaţiilor platformei. Perioada acestor oscilaţii este: 21t (19.9) Ti= V >84,4 min. (l)

t-~r

Soluţia (19.8) arată că la introducerea semnalului de corecţie men-

ţionat oscilaţiile platformei se amortizează; coeficientul de atenuare,

C: este proporţional cu factorul ni. Pe de altă parte, din (19.9) se observă că perioada de oscilaţie a platformei a crescut, ceea ce, evident, nu convine. c. Sistem radio-inerţial. Pentru ·amortizarea platformei se pot folosi şi alte informaţii exterioare. Astfel, în locul semnalului corecţiei de viteză se poate folosi un semnal al corecţiei de poziţie (fig. 19.3). Fie 'r) coordonata determinată de o sursă exterioară de informaţii şi "li coordonata determfnată de navigatorul inerţial. Diferenţa .6. T)=:rt-"li reprezintă eroarea de determinare. a coordonatei, iar f>=ll'rJ/R este unghiul de corecţie al Sistem tie

rodtiJmP/gU,t.e

Fig. 19.3. Schema de amortizare a oscilaţiilor platformei cu semnale de poziţie.

platformei. Semnalul n2 ~, elaborat de calculator, se introduce la intrarea primului integrator. Rezultă ecuaţia: t

K(~ + .:

)= ~ ~· (V-g~-n2 ~)dt, o

de unde: (19.10) 472

1

. De această dată. nu s-a mai obtinut o amortizare a oscilaţiilor; în schimb pulsaţia şi perioada au devenit respectiv: {J)2=

, Ju+u2. V R ,

.

/-RV g+n2 <84,4

"\

T2=27t .

min.

Se observă că la valori mari ale factorului de proporţionalitate n 2 perioada oscilaţiilor platformei se reduce la valori mici. De exemplu, pentru n 2 =3g re_zultă T2 =42,4 minute. Din punctul de vedere al aplicaţiilor practice interesează ambele efecte. Pentru a obţine atît amortizarea oscilaţiilor platfor!llei, cît şi micşorarea perioadei lor este necesar ca la intrarea primului integrator să se aplice simultan ambele semnale de corecţie (ni~ şi n2~). In acest caz ecuaţia care descrie mişcarea platformei capătă forma:

iar solutia ei este identică cu introdusă mărimea:

soluţia

(l)3={J)2

, Dacă în

această

expresie se

.

obţinute

se

{J) 1

trebuie

v

1- ~~

consideră ~1<
1 -·.-- =T V u+n2

T3 ~.21t']

. Din rezultatele

(19.8), unde în locul lui

se poate scrie:

R

observă· că

(i9.12)

2•

la aplicarea

corecţiei

de

viteză

oscilaţiile platformei se amortizează, în timp ce corecţia de poziţie determină micşorarea perioadei. Aşadar, pentru obţinerea ambelor efecte sînt

necesare două semnale provenite· de la surse exterioare: unul referitor la Viteză, iar celălalt la poziţia vehiculului. Spre deosebire de procedeul amortizării cu semnale interioare, procedeul a1nortizării oscilaţiilor plat... formei pe baza informaţiilor exterioare prezintă avantajul că oscilaţiile nu depind de acceleraţia vehiculului.

.~.19.3. SISTEME INERŢIALE ·CU ASISTARE MULTIPLĂ

ln capitolul 18 s-au prezentat noţiunile de bază privind sistemele inertiale autonome. Asistarea sistemelor !nertiale de către alte sisteme per~ite să se reducă erorile şi să se îmbunătăţească regimul tranzitoriu din funcţionarea sistemului inerţial. ·În funcţie de tipul sistemului corector~ s1stetne·le asistate au căpătat denumiri distincte. Astfel dacă asistarea se face' cu un vitezometru Doppler, sistemul se numeşte Doppler-inerţial,

473

iar dacă~ asistarea se asigură cu un sistem radiotehnic telemetrie; sistemul se· numeşte radio-inerţial. Se mai întîlnesc variantele: sistem astro-inerţial cînd asistarea se face de la un navigator astronomic sau sistem astroradio-inerţial etc. Cu titlu informativ se prezintă sistemul radio-inerţial RACINE realizat în S.U.A. El se compune din sistemul inerţial LN-3, calculatorulelectfonic C-900: şi receptorul-indicator AN/APN-151 al sistemului de radionavigaţie hiperboli:că Loran-C. Acest sistem poate funcţiona în următoa .... rele variante: a) ca receptor-indicator al sistemului Loran-C împreună .cu calculatorul C-900; b) ca sistem denavigaţie inerţial tot combinat cu cal... culatorul C-900; c) ca receptor-indicator al radiostaţiei sistemului Loran--C controlat" de calculator; dJ ca sistem radio-inerţial cu corectarea coordonatelor după fiecare 2-3 s. e) ca sist~m inerţial eu platformă amortizată prin radiosemnale. Datorită acestor variante, precizia de navig.aţie a putut fi mărită de trei ori. Sistemul funcţionează normal în orice condiţii meteorok>gice, ziua şi ·noaptea, chiar în absenţa unei legături stabile cu staţiile de .la sol. Sistemul inerţial autonom are precizia de numai 4,5 km la o oră de zbor. În schimb sistemul RACINE, datorită asistării prin calcu..,. lator, asigură o precizie de determinare a coordonatelor
_ .. ,~-·- · - - · - ·

·---

1 1

adaptative ~tf atitOdrgarrlz.abile. ln plus pentru creşterea :siguranţei în funcţionare a sistemelor automate de navigaţie se prevede folosirea mai multor canale pentru efectuarea ·aceleiaşi operaţii. În această organizare, dacă un cana.I sau ·d!spozitiv ·~~recate se defectează, sistemul autoadaptiv localizează defecţiunea şi conectează canalul sau dispozitivul de rezervă. Se consideră sistemul·auto..: . adaptiv reprezentat fn.fig. 19A~· In: com.ponenţa lui intră navigatortil ·inerţial·.· NI, ca sistem· de bază, navigatorul· astrono;.. mic NA, vitezometrul Doppler VD,. vizorul de. radiolocaţie V L, sistemul de radionavigaţie . hiperbolic SR, vizorul optiC_;·VO, şi pilotul automat PA. ·Aceste dispozitive sînt conectate, prin intermediul :automatului de autoorganizare, la un calC'Ulator central, căruia îLfumizează toate informaţiile necesare pentru rezlovarea problemelor de pi- Fig. 19.4. Sistem complex autoadaptiv de nalotaj navigaţie şi executarea vigaţie. · · unor etape ale· misiunii. ·în principiu, dispozitivul de autoadaptare îndepliueşte următoarele· funcţiuni: a) verifică periodic toate Ci8regat~le sistemului, Jnclusiv calculatorul central, în baza unut prGgraril de ·testare dinainte stabilit; b) decuplează instalaţiile la care . descoperă~ deranjamente şL conectează dispozitivele .de-,-rezervă; c) comandă efectuarea. unor modificări ale structurii sistemului în funcţie de schimbările survenite; d) semnalizează modul de funcţionare al sistemului şi mijloceşte un dialog între acest sistem şi echipajul vehicul ului.

Fig. 19.5: Dispozitivul· de autoadaptare.

Pentru a urmări funcţionarea dispozitivului de autoadaptare se fac referiri la schemadin fig. 19.5. Operaţiile de verificare a diferitelor elen1ente ale sistemului sînt comandate de către un dispozitiv de comutare 1, pe· baza sermialelcir elaborate de un bloc de programare 2~ Dispozitivul automat conectează-:succesiv toate .elementele sistemului într-un circuit de

475

&. k._

4441

;:

..

verificare.,_: form.at qintr-un generator ·€:talon 3 - pentru se!ij.nale de ,in~ trare - şi un gen~rator etalon, 4, - pentru semnale de ~eşire. Circuitul astfel co]lstituit este cuplaţ la un analizator. de semnale 5. Pentru verificarea dispozitivului 6, sistemul de. autoadaptare îi aplică la intrare un· semnal-etalon; informaţia obţinu_tă la ieşirea dispozitivult1i verifiCat este comparată apoi în analizorul 5 cu semnalul elaborat de generatorul-etalon 4. Dacă diferenţa acestor·. semnale nu depăşeşte o anumită limită, dispozitivul se ·consideră normal; în această situaţie, prin· in-· termediul automatorului de comutare 1, analizorul 'Comandă cuplarea dispozitivului în sistem. Simultan cu această operaţie se verifică alt agregat. Dacă însă se detectează o diferenţă de semnale ce depăşeşte limita prevăzută, se consideră că elementuLverificat prezintă anumite defecţiuni în funcţionare. Analizorul transmite această informaţie la blocul de programare 2 care,. conform programului memorat, comandă substituirea elementului defect cu alt dispozitiv ce poate îndeplini aceleaşi funcţiuni. Totodată se fac verificări periodice ale elementului izolat, avînd în vedere eventuala sa restabilire fie datorită înlăturării defectuh,Ii, fie caracterului incidental· al deranjmnentului: descoperit, De exemplu, încetarea funcţionării navigatorului astronomic se poate datora lipsei temporare a vizibilităţii aştrilor; la restabilirea si·tuaţiei normale de lucru, navigatorul astronomic va fi din nou cuplat în sistem. Sistemele autoadaptive au că pătat o largă utilizare la bordul avioanelor, rachetel6r şi vehiculelor spa~ ţiale. In asemenea situaţii, în afară de funcţiunile de navigaţie, sistemul

V,

'f fl.J',

Cotcu/otorvl centrul

Ffg. 19.6. Sistem complex autoadaptiv cu funcţiune de automată a aeronavei.

0

A

comandă

autoadaptiv asigură atît condu~erea vehiculului, cît şi executarea: altor operaţii ·specifice fiecărei·misiuni. Schema unui astfel de dispozitiv întrebuinţat în aviaţie este prezentată în fig. 19.6. Pe lîngă elementele specificate în fig. 19.4 la calculatorul central (care include dispozitivul de autoadaptare) sînt conectate în 476

\

L

1

"'

plus următoarele sisteme şi aparate: receptoarele RA, care determină presiunea atmosferică p, temperatura T, presiunea totală Pt, unghiul de incidenţă cx etc., compasul inductiv, CI; indicatorul centralizat al informaţiilor de pilotaj IC; sistemul de aterizare SA; sistemul de alimentare cu combustibil SC; avionul (inclusiv motoarele) considerat ca un sistem dinamic A; dispozitivul de memorare a programului de zbor DM; diverse aparate indicatoare, AI; instalaţii de descoperire şi unnărire a ţintelor DU; instalaţii de trageri şi bombardament TB; sistemele de climatizare ale cabinelor echipajului CC; pupitrul central de comandă PU ş.a ..

,--------------,

R.uliu Tonqaj 1 ! Azimul JJ!otlormo 1 1 1 Semnul de oyorie 1 1 Li171e numenâi stu/ld{ml 1 Spreoporotele _1 Eroore tie o'rvm 1 siec!J;j:v.menlele 1 1 Eroare loferolo debo'rd 1 1 Drumul vrmol 1 1 tln_r;hi tie tlerivo 1 1 Cop geo_qmlic 1 1 1 Semno/de ovorie 1 1 1 0/no 1 l Oe !o c:eotmlo 1 1 Alltlutlioe ~ '§ 1 1 Linie numericd inlmre t/frodinomico 1 ~ 1 ?oz;/ie cvrenlti 1 1:: 1 ! Coordonolf'k p/onuluio'e EPtJL ~ 1 ~ 1 0/ezo y-Jil/ului 1 ~ 1 t l/n,91liulrin/ului (;:) 1 1 Abole!l' /ote/77/Q 1 Hco.ttllotor .~· Pup;t;uo'e 1 ~ 1 Erool'!'o de drum 1 ....... a;mondo .;i 1 Vtlezo de tlrvm 1 ~ o/;~oj 1 .~ Orumul urmot 1 1 Cop odevorot ~· tJnghiul~ o'efiw l 1 1 01umulJ)l'o.Promot 1 1 l #umorulele slore 1 ... C.Ot/ 1 Semm/ tk owrie 1 1 115Y-ftllHz(retfu~/xJrrJ) 1 1 Bloc de • ~ 28 V(ollinenlore of> owrie) 1 o limentol"e 1 1 1

1

1

r--

'

P/otlormo si circu!lele e!eclroo;ie oferente

1

l_

,1

J

~

~

-

l

1

1 1 1

.

i

1

J'decto~e f1!.91177urt 1

,_ -----_!~:li:__----- _j

tH. S.ll J(Botene J

Fig. 19.7. Schema funcţională a sistemului interţial LTN-51.

Cu această structură complexă, capacitatea de lucru a sistemului depăşeşte cu mult cadrul operaţiilor necesare rezolvării problemei de navigaţie. Calculatorul primeşte un volum mare de informaţii şi elaborează numeroase semnale necesare navigaţiei, pilotajului, reglajului motoarelor etc. Din enumerarea elementelor ce compun sistemul rezultă multipla

477

sa·. funcţionalitate,. incepind- de la calculul parametrilor de zbor şi terminînd .cu zborul pe traiectul programat sau aterizarea automată~ Circulaţia informaţiilor în interiorul sistemului prezentat est€ ,e:x;.;. · trem ··de ·complexă. Astfel, instalaţiile care 'furnizează·. informaţiile pri:.. mare au nevoie de anurrifte informaţii prelucrate. Aşa este· cazul, de pildă; al .na vigatorului inerţial care. primeşte din partea calculatorului semnale; de comandă' pentru stabilizarea platformei. Se· observă că între. unele din·· elementele .sistemului există u11 flux bilateral de informaţii.. Un pupitru de comandă permite ·echipajului să urmărească continuu funcţionarea sis..; temului, avertizîndu-1 despre apariţia unor fenomene periculoase sau despre necesitatea preluării comenzii manuale ~ avionului. . În încheiere se. prezintăsuccint" cîteva informaţii asupra unui sistem de navigaţie inerţială foarte . răspîndit la bordul avioanelor de pasageri. Este vorba despre sistemul. LTN-51 realizat de firma Litton, El cuprinde trei blocuri (fig. 19.7) (unităţi): blocul de havig~ţie inerţială 1NU (Inertial Navigation Unit), blocul de punere în funcţiune MSU (Mode Selector Unit) şi un pupitru de afişaj şi de dialog cu calculatorul CDU (Control Display Unit). La acest ansamblu se poate adăuga o baterie electrică pentru alimentare în caz de decuplare aeci~ntală a reţelei de bord. a~ Blocul de navigaţie inerţiaUJ,lNU se compune din patru subansambluri (fig. 19.8).. . Blocul de alimentare care ar~ rolul de a converti tensiunea reţelei de bord cu parametrii 115 V, 400 Hz în diferite tensiuni necesare sistemului. Un bloc de transformare-redresare. asigură tensiunea continuă de 28 V, care, prin intermediul unor convertizoare statice furnizează toate tensiunile necesare, Jn .caz de, ayarie a reţelei de c:a., bateria asigură alimentare a sistemului tilp.p de J~:llli~U;ţe. · ... : .. . , · Platforma. şi circuite· electronice·. af~reilt€ asigură princi paiele .funcţiuni ale unui sistem inerţial de navigaţie. Platforma stabilizată este de tip semianalitic, cu patru inele de suspensie. Pe ea sînt montate accelerometrele de tip pendular şi două giroscoape cu două grade de libertate. In acest subansamblu se găseşte un generator trifazat pentru alimentarea giromotoarelor şi· un regula tor automat al temperaturii din compartimentul giroscoapelor. Platforma furnizează în exterior ·informaţii de altitudine şi de cap. Cîteva circUite logice asigură derularea secvenţelor de punere în funcţiune a scrbansamblurilor. . Caletllatorul numeric· de tip· universal asigură două funcţiuni principale. Una din ele se referă la executarea, în timp rea], a calculelor privind integrşrea acceleraţiilor, i:r;1troducerea termenilor de acceleraţie complementară, determinarea coordonatelor curente şi a vitezei etc. Totodată, se e~ecută calcule privind comanda ~utomată a aeronavei şi zborul pe traiectul progx:amat. Qea de. a doua funcţiune a calculatorului ,se referă la gestiunea .imormaţij.lor. primite din exterior sau trimise în e.Xterior. Aceste informatii se referă la valorile acceleratiei, comanda precesiei giroscoapelor, furnizarea de date. pe două linii ·digitale pentru utilizatori

478

externi, preluarea infor1naţiilor referitoare la planul de zbor introdus cu ajutorul unităţii CDU etc. Interfaţa calculatorului asigură comunicarea cu exteriorul unităţii INU. Prin intermediul ei se realizează funcţiunile logice care permit afişajul sau recepţionarea comenzilor trans1nise calculatorului de la unitatea

7

Fig. 19.8. Blocul de navigaţie INU:

inerţială

2 - priză de testare; 3 - calconec.tor; 5 - referinţă de pozialimentare; 7 - repetitor de un~ ghiuri; adaptor pentru lini.a de ieşire; 9 convertor A/N, NIA; 10 - interfaţă digitală; 11 circuitele elect·ronice ale platformei; 12 - regulator termic. 1 -

platformă;

culator; 4 ţionare;

6 8 -

CDU. Ea asigură conversia semnalelor analogice de la accelerometre 1n

impulsuri reprezentînd creşterile de viteză. De asemenea, elaborează impulsif calibrate de comandă efectivă a precesiei giroscoapelor şi efectuează conversia mărimilor numerice în semnale adaptate pentru afişare. b. Blocul ele punere în funcţiune MSU (fig. 19.9), permite selectarea celor cinci: moduri de funcţionare: oprit OFF, supraveghere STBY, aliniere ALIGN, navigaţie NAV, referenţial de ţinută ATT, REF. Primul mod nu are nevoie de explicaţii. În cadrul celui de-al doilea mod sistemul este pus sub tensiune, giroscoapele sînt lansate, inelele de suspensie ale platformei sînt calate, calculatorul este în măsură să recepţioneze informa479

ţii prin intermediul pupitrului de afişaj. Tot în modul ;~Stahd-by" se in...

t:oduc coordonatele punctului de plecare prin intermediul pupitrului

CDU. În acel de-al treilea mod, ALIGN se asigură aducerea platformei riguros în poziţie orizontală şi se determină orientarea platformei în raport cu nordul adevărat. Durata totală a acestui mod de funcţionare este

Fig. 19.9. Blocul de punere în funcţiune MSU.

F)g. 19.'10. Pupitrul de comandă şi afişaj_.

de 15_ minute. Cel de-al patrulea mod "Navigation" este regimul normal de funcţionare, cînd sistemul este în măsură să îndeplinească toate funcţiu nile pentru care este conceput. Al cincilea mod ATT, REF reprezintă un regim de funcţionare de avarie. În acest caz platforma se comportă ca o 480

L. 1

"

--·------

-"

------

')

centrală de cap şi de verticală, furnizînd informaţii referitoare la unghiurile de ruliu şi de tangaj. Informaţiile de direcţie (azimut platformă) sînt utilizate pentru filtrarea informaţiilor de cap obţinute de la compasul magnetic (v. cap. 15).

c. Pupitrul de comandă şi afişaj PDA permite dialogul pilotului cu calculatorul de navigaţie. Două ferestre de afişaj nu1neric (fig. 19.10) asigură vizualizarea datelor cerute de pilot cu ajutorul unui comutator de selectare. Fereastra din stînga cuprinde cinci cifre semnificative şi un semn de polaritate (nord sau sud). Fereastra din dreapta cuprinde şase cifre semnificative şi un semn de polaritate. Cifrele se formează prin aprinderea selectivă a unor filamente incandescente, cîte 7 pentru fiecare cifră. Introducerea datelor în calculator se face cu ajutorul unei claviaturi numerice cu 10 taste. Tot în acest scop se foloseşte un comutator rotativ şi alte cîteva butoane. Succesiunea operaţiilor de aliniere a sistemului inerţial LTN-51 se arată în fig. 19.11. !1odvl

Horlt.J 1

i•

M

~

11oo'vl

1°1117~ere

:mvtgo/!e

stun/.Ju, ·1 v:y

1

1

1

· ( l - :-r- - -- - !_-- -

·r - r-- 1 - - - - r - - -

- - - - - - - -- - ~

/J:J:jjj ~g~- ~o_ j_ ?_o_ 'f?!;X!_ -l- !_O_-~~------ -- jJ_J' --~1

)

1 1

1

1

1

r

1

1 1

:

, 1

1

1 1

.....

1

Nav; olie

A ifJJflt' 'lt'CJSO Elt7 No;eo cos;ous;/or dlltY:Io;-; /l;ve/on' rop;do (oumerico)

hlve.bn- rup/dd / orohgmi)

LomorFD roltxJre!or

- -- Cokreo ~.se/si~ ~-,-----,--,-----r-·--r·---,----,----,----,-r---r--r---,--r

(}

1 2

.1

~

5

6

7 8

1

1

liP-

9 !O 11 12 /3 17 15 16 17 1!7 19 20

Timpul, m;i? Fig. 19.11. Succesiunea operaţiilor de aliniere a sistemului inerţial LTN-51.

Din fig. 19.7 se observă că navigatorul inerţial LTN-51 este cuplat cu centrala aerodinamică, de la care primeşte informaţii de viteză şi de altitudine. Inforn1aţiile de viteză în raport cu masele de aer sînt prelucrate împreună cu viteza de drum calculată dt> navigator, de unde rezultă viteza şi unghiul vîntului. precum şi deriva (v. cap. 17, fig. 17.2, b). Din punctul de vedere ale performanţelor, sistemul inerţial LTN-51 satisface normele ARINC-561 fiind larg utilizat la bordul unor avioane de capacitate medie şi mare cum ar fi Boeing 707, Boeing 747, Lockheed L 1011, Douglas DC-10 [63, 109].


1 1 j

2Q

SISTEME DIRECTOARE DE ZBOR

20.1.

CONSIDERAŢII

GENERALE

Din categoria aparatelor complexe de pilotaj şi·· n,a\tigaţie fac parte sistemele directoare de zbor (Flight Director). Ele echipează aeronavele prevăzute cu sisteme semiautomate de pilotaj şi au rolul de a prelucra, cu ajutorul calculatorului electronic,. informaţiile privind coordonatele, vitezele şi acceleraţiile~ Pe această bază se calculează sensul şi amplitudinea comenzilor ce trebUie date pentru ca aeronava să execute corect evoluţia dorită sau impusă. · · şi

Traiectoria impusă

Fig. 2,0.1.

T~aiectoria parcursă lotată după

de aparate

aeronavă

cînd este pi-

obişnuite.

ln capitolele precedente au fost examinate aparatele de pilotaj şi de a ţine seama de prezenţa pilotului în circuitul de comandă al aeronavei. In. realitate, majoritatea informaţiilor culese de aparatele de bord se adresează echipajului. Pe baza lor se iau decizii privind comanda evoluţiilor pe care le execută avionul. Evident, conducerea unei aeronave navigaţie tără

482

este un proces complex în care sînt implicaţi atît echipajul şi aeronava, cît şi echipamentul prin care echipajul acţionează asupra acesteia. Citind indicaţiile aparatelor de bord, pilotul constată dacă evoluţia executată este cea dorită sau dacă există abateri. In acest din urmă caz, dă comenzile necesare pentru a elimina abaterile de la traiectul impus sau dorit. Tre-

cv----J

1 1

2

----q>---<ţ)ADZ 1 1

1 1

1

1

1

l

1

1

--------+! w J

'

1 1 1

~ Fig. 20.2. Traiectoria aeronavei cînd pilotarea se face după aparatul director de zbor.

buie menţionat că stabilizarea centrului de masă pe o traiectorie ilnpusă reprezintă o proble1nă de pilotaj mult mai dificilă decît stabilizarea ţi nutei aeronavelor. Informaţiile ce le furnizează aparatele de bord prezentate pînă aici nu sînt suficiente pentru aducerea aeronavei pe traiectoria impusă

în timp minim şi fără oscilaţii. În fig. 20.1 se reprezintă traiectoria urmată în cazul cînd comanda avionului se face după indicaţiile date de receptorul radiofarului de cap. Se observă caracterul oscilatoriu şi abaterile laterale importante faţă de traiectoria impusă. Dacă însă avionul este echipat cu sistem director de zbor SDZ indicaţiile sînt astfel calculate încît nu se produc oscilaţii în jurul traiectului impus (fig. 20.2). De remarcat că de data aceasta indicaţiile nu mai reprezintă abaterea laterală faţă de axul pistei, ci poziţia pe care trebuie să o aibă manşa (sau palonierul). Se simplifică astfel mult activitatea de citire a aparatelor de bord, de sintetizare a informaţiilor şi de luare a deciziei de către pilot.

20.2. RELAŢII îNTRE PARAMET'RII MIŞCARII AERONAVE! ŞI

PARAMETRII TRAIECTORIEI IMPUSE '

Pentru a înţelege funcţionarea aparatelor directoare de zbor este necesar să se facă unele referiri elementare la cinematica miscării aeronavelor. In acest scop se adoptă cîteva ipoteze simplificatoare,' cum ar fi: a) proe<.'sul tranzitoriu de înclinare î' şi de tangaj {} are loc fără întîrziere; b) virajele se execută fără derapaj sau glisadă; c) viteza de zbor este 31*

483

1

constantă;

d) viteza vîntului este zero. Se mai consideră că inclinarea y a avionului şi Il.$= ~p-'~ sînt mici, iar $p=const, adică · trâiectul este liniar. Abat€rea laterală Y se poate exprima (fig. 20;3) prin abaterea unghiulară e şi distanţa D cu formula: (20.1)

poziţia impusă.

Fig. 20.3. Parametrii ce definesc

Prima derivată a abaterii Y, este:

adică

aeronavei

faţă

de traiectoria

viteza de apropiere de traiectoria

impusă

Y=V sin Il~ ~·vflt{J', de unde printr-o a doua derivare

{20.2)

rezultă acceleraţia:

Î;=VIl~,

(20.3)

t1nde Il~ este viteza;lie Variaţie a capului. Dacă virajul se 'face corect, pentru revenirea la traiectul impus fără glisadă sau· derapaj, unghiul de înclinar~ laterală trebuie să îndeplinească condiţia tg î' IV Y/g, de unde, dacă se ţine seama de (20.3) rezultă în cazul unghiurilormici; •

g

Â4,1 · V tg )'

g

rv

y

Y•

(20.4)

Deci viteza de variaţie a capului este proporţională cu unghiul de înclinare laterală. Din (20.3) şi (20.4) se obţine: (

~

1

''{=g

..·

·Y:.

Integrînd relaţia (20.5) cu condiţiile iniţiale Â4J(0)=0, se capulu'i într-un tiinp oarecare t, adică:

(20.5) obţine

va. .

ri~ţia

t

Â4,1= ~ ~ ydt. o

484

~"20.6)

Se observă că variatia capului este proporţională ·cu integrala- unghiului de ruliu. Integrînd şi relaţia (20.2) cu condiţia iniţială Y(O):~O rezultă:

'

Y=V ~ L\4; dt,

(20. 7)

o adică

abaterea laterală fată de traiectoria integrala unghiului L\ 4J=4J;-4J. Din relaţiile (20.6) şi (20. 7) se obţine:

impusă

este

proporţională

cu

t t

Y=g ~-~ y dtdt,

(20.8)

00

adică .abaterea laterală este proporţională cu integrala. dublă a unghi1lh:li de ruliu. · Rel~ţii ·asemănătoare se· pot_. stabili şi 'pentru mişcarea aeronavei în plan vertical. Dacă1 8 este unghiul de înclinare al vectorului V viteza de variaţie a altitudinii este H . V sin.e ,-..Va. Dacă se derivează această

relaţie se obţine- H=~v~e. În .cazul zborului orizontal, dâcă unghiul de incidenţă este r:x=:const rezultă :0=:6 + r:x şi ~==1â astfel că accel-eraţia. verticală

.. .

H=Vit, adică :,:ste proporţională cu. viteza unghiulară de tangaj. Acceleraţia verticală H se poate e~prhna şi ·În funcţie de suprasarcina nz a avionului. La variaţia unghiului· de.· încHnare a: traiectoriei 19,. ··apare

forţa centfi:fugă mVe egală 'cu cr-eşterea portanţei, adică:

•

az

mV.e= - - L\r~.,

(20.9)

ooc

unde Z este

port.anţa,

Este cunoscut astfel,

că:

•

iar L\r:x este

creşterea_

unghiului de

incidenţă.

az . -=casp-, aoc z . 2

mgV ·S=gC~Sp

V2

(20.10)

. V2

"2 L\cx,

(20.11)

de unde ţinînd seama că în zbor orizontal mg=CzpSV2j2 -rezultă:

de unde se vede că. vit~za de variaţie a unghiului de înclinare a traiectoriei este proporţibnală cu creşterea unghiului ·cte incidenţă .6.;r~.· s'au· a suprasarcinii L\nz a avionului deoarece C~L\.r:x/Cz=:::fÂrtt,." în felul acesta. se obţirţe:

..

.

.

H :t:: V tt· a=· Ve =gÂnz.

. (20.12)

485

e

Relaţiile, menţionate_ stabilesc legăturţle ce există între abaterile liniare) de: la;_ţtaiectoria -impusă şi derivatele lor_ în fu-ncţie, de parametrii de pilotaj (abateri unghiulare, cap, suprasarcini etc.), ceea ce permite determinarea indirectă a abaterilor liniare şi a derivatelor acestora.

20:3.

TEORIA SIS'ffiM·ELOR DIRECTOARE

Problema principală în zborul după o traiectorie impusă constă în reducerea la zero a abaterilor (laterală sau verticală) ce apar, menţinînd aeronava în poziţie normală faţă de planul orizontal. Se va examina· pe scurt ~ctivitatea ce o desfăşoară pilotul în acest scop. Acţionînd manşa, şi· prin ea suprafaţa- de --comandă a avionului, pilotul modifică valoarea şi direcţia forţelor c;:e se aplică asupra acelor suprafeţe. Prin aceasta se modifică şi euplurile ce se exercită asupra aeronavei. Se-- presupune că la bord există- un calculator care determină continuu valoarea forţelor sau- momentelor aerodinamfce N 71 ' necesare· pentru· menţinerea aeronavei pe traiectorie (fig._ 20.4}~ Sistemul trebuie să fie astfel conceput încît mislunea- pilotultl.i se .rezuma la menţinerea acului indicator al aparatului director· de zbor la zero. Un sistem de traductoare măsoară forţele (cuplurile) N reale ce se exerCită asupra aeronavei. Dar în locul forţelor (cuplurilor) se· pot considera .alte semnale dependente de acestea, cum ar fi UI1ghiurile de bracare ale -eleroanelor Se, direcţiei 8d, profundorului 811.; unghiurile de ruliu, tangaj şi giraţie, eventual derivatele acestora, suprasarcinile etc .. Spre- exemplu, pentru comanda laterală a avionului schema qir;t;,fig. 29.4 poate fi prez~ntr:tţ~~.Qa-111, fjg. -2Q.5. Aici în locul parametrului N se consideră unghiul de înclinare laterală 1, iar ,unghiul "{~ se de-

Fig. 20A Schema de

comandă

a avionului cu aju,torul ADZ.

termi~~ în calculatqr. in functie de se:rnnalele € şi Â·~ care dau abaterea laterală faţă axui p~tei. ' . . . Prin urmare in apara-tul director se aplică două semnale: a) valoarea reală a parametrului N (adică abaterea laterală) măsurată cu un transmiţător adecvat; b) valoarea pe care trebuie să o aibă acel para-

de

486

1

•

---------~

=..

)t;~--~ ;;;;;;;~ . . . .. ,. . . .~~--. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .J.;-. . . .~''w.----~'~'~·:$--------~111111111111111111~··-=· ···.·.*~;fhi~·.···~.··~·~···-·'

metru Np, determinată de calculator, astfel încît să se zboare pe traiectoria impusă. Indicatoarele folosite pentru compararea semnalelor N şi Nv pot fi de două tipuri.

a. Indicatoare cu un singur ac, a cărui deviaţie faţă de reperul de zero se exprimă prin relaţia Oai=i(N-Np). Acest mod de afişare se nuAparat director

Fig. 20.5. Schema de

comandă laterală

a avionului cu aju-

torul ADZ. meşte

"cu compensare", iar pilotului îi revine sarcina de a la zero, situaţie în care se realizează egalitatea N-N11=0.

menţine

acul

b. Indicatoare cu două ace fată de acelasi cadran. Acest mod de indicare se numeşte "cu întrebare Şi răspuns" ·sau ,.de urmărire". Acul ce indică NP trebuie să fie urmărit de acul ce indică parametrul N (fig. 20.6). Cea de a doua variantă se preferă atunci cînd este necesar să se cunoască valoarea parametrului controlat. Există şi o a treia variantă de afişare a informaţiilor SDZ. De data aceasta se utilizează numai un index de comandă pentru ambele mişeări ale avionului Acul N (laterală

şi longitudinală).

Pilotul trebuie să conducă astfel aeronava încît indexul mobil să coincidă Acul lip cu indexul de referinţă fix aflat în centrul ecranului a b indicatorului. Procedeul se F'ig. 20.6. Metode de indicare utilizate în ADZ: aplică în cazul afişării a. - cu coanperusare; b - cu întrebare şi răspuns. electronice a inforn1aţiilor. Dacă aeronava se abate lateral faţă de traiectoria impusă, pentru a reveni, pilotul modifică unghiul de ruliu sin1ultan cu executarea unui viraj corect. Dacă unghiul de înclinare laterală comandat este proporţional cu abaterea laterală de la traiectorie se obţine aşa-numita lege de comandă proporţională "{=-ky Yjg care se scrie sub forma mai generală g"{ +kyY =0. (20.13)

487

· Insă, executînd virajul, pilotul trebuie să ·modifice astfel înclinarea "1 încît coordonata Y să tindă la zero fără oseilaţii în .jurul traiectoriei impuse. De aceea înclinarea, care conform eu (20.5) este proporţională eu acceleraţia Y, trebuie să fie dozată corespunzător cu variaţia. a ba-

..

terii Y şi a primei sale derivate, sau proporţional cu unghiul ~.4;. În se presupune că pilotul înclină avionul cu unghiul 'Y dat de legea de reglare:

primă aproximaţie

(20.14)

"Y=-kpÂ4J-kyY. Dacă

se

ţine

seama de (20.2)

şi

(20.5)

..

.

rezultă:

(20.15)

Y +k'pY +k'yY=O,

unde k' w =k \JigfV şi k' y~kyg. Aşadar, pentru a se efectua o manevră optimă de ieşire la linia traiectului impus este necesar să se rezolve ecuaţia diferenţială (20.15). Dacă pilotarea se face neautomat, coeficienţii ecuaţiei ::W.15) depind de îndemînarea pilotului, de antrenamentul lui, deci de factori subiectivi. în cazul sistemelor de pilotaj Şi navigaţie care sînt utilizate şi pentru aterizare, legile de comandă· ale acelor indicatoare de mişcare în plan orizontal şi în plan vertical_ se ţealizează prin determinarea pe cale indirectă a derivatelor şi se prezintă sub forma: "{+k\JI Âtli+ks E=O~

(20.16) {}+ke{}+k11 1)=0,

este abaterea unghiulară laterală faţă de direcţia impusă; abaterea unghiulară faţă· de panta impusă,, ·i'ar -~ \JI' k e, ks ,k 11 sînt coeficienţi de proporţionalitate. · Datorită erorilor de determinare a capului şi influenţei vîntului late:... rai, pilotul, care execută operaţii liniare asupra lui "{ în funcţie de Â;4; şi Y, nu poate să aducă avionul pe traiectul impus cu precizie suficientă. De aceea se introduc legile de reglare (20.16) şitermenii ce conţin inte-' grala abaterii laterale, eliminîndu-se prin aceasta eroarea sistematiCă; Legea·- de reglaredevine deci: unde

E

YJ

(20.17)

Se

obţine

astfel o lege de

.

comandă astatică

de forma Y+k''~~Y+k'yY +my S Ydt=O.

generală:

(20.1Ş)

Desigur este dificil ca pilotul să formeze legea de reglare şi. să dea comenzile· care să -ducă la ·O evoluţie corectă şi precisă a avionului. De aceea, aceste operaţii revin calculatorulu'! care intră în componenţa SDZ~ Ecuaţiile (20.15). şi (20.17) precizează valorile pe care trebuie să• le aibă unghiul de ruliu î'v' corespunzător mărimilor Â4i şi Y. Pentru a obţine pe "{p·, în calculator se introduc termenii din partea dreaptă ,a. ecuaţiilor 488

-

&1

j

1 1

menţionate. La ieşirea calculatorului se obţine YP· Schema structurală a unui sisten1 director de. zbor pentru con1anda în direcţie este prezentată în fig. 20.7. Asen1ănător se prezintă şi canalul pentru mişcarea longitudinală, numai că cele două ace indicatoare se găsesc . în acelaşi aparat, unul vertical (pentru direcţie) şi altul orizontal (pentru pantă). Există şi

!1

f--myfyclt ~----------~1--~J

l-k.,ătjl

'f J

Calcu!otor pentru fp

~ Fig. 20.7. Schema

structurală

de conectare a calculatorului ADZ la comanda în direcţie a avionului.

aparate în care semnalele directoare pentru mişcarea laterală şi longitudinală se afişează cu un singur index (silueta avionului) care trebuie adus în centrul cadranului. În alte variante cele două. informaţii se afişează în indicatoare distincte. Se analizează în continuare legile de comandă din punctul de vedere al prelucrării lor în sistemele directoare de zbor. În cazul legii proporţionale de comandă unghiul de deviaţie a acului indicator (vertical) 3n se exprin1ă, pe baza expresiei (20.13), cu ecuaţia: (20.19)

unde iv este coeficientul de transfer al indicatorului la n1işcarea laterală. Dacă apare abaterea Y de la traiectorie, pilotul acţionează eleroanele /Se, imprimă avionului un unghi de ruliu y, iar avionul revenind la traiectoria impusă, acul revine şi el la zero. Dar, întrucît această lege de reglare conţjne doar semnalul Y, revenirea la traiectorie se face -cu un unghi L\4;=f0, ceea ce deter1nină clevierea de la traiectorie în partea opusă. Într-adevăr, avînd în vedere că gy= Y şi punînd condiţia 8v=0 din (20.19) rezultă Y + kyY =0, ecuaţie diferenţială care admite soluţia: Y=

,ro COS 1.

(J)J

t

+

Yo

-

.

Sll1

(J) 1

t,

U)I

în care Y0 şi Y0 sînt valorile iniţiale ale abaterii laterale, respectiv vitezei de abatere laterală; iar w 1 =Vky reprezintă pulsaţia oscilaţiilor aeronavei faţă de traiectoria impusă. Deci avionul execută în jurul direcţiei de aterizare oscilaţii neamortizate, ceea ce arată că sistemele Jirectoare de zbor cu lege de comandă proporţională nu sînt utilizabile. 489

l 1

·Considerînd legea statică de comandă (20.14), unghiul 8v de a acului indicator de la zero se exprimă prin ecuaţia:

deviaţie

8v=iv(gy + k'P !J. ~ +k11Y). de

Dacă se mişcare a

are în vedere şi vîntul lateral, de componentă Ut, ecuaţia aeronavei pentru 8v=0 devine:

Y+k,. (: ± ~') +k"Y=O. (20.20) Dacă cx 1 şi cx 2 sînt rădăci nile ecuaţiei caracteristice, ambele negative şi dacă la t=.O,

Ysr 1 1

1 1

1

cb

cb

uf

/ndlcotorul AOZ

1 1

.

Traiectoria impusă

Y(O)=Y0 , Y(O)=O soluţia ecuaţiei (20.20) are forma:

cb

Fig. 20.8. Traiectoria aeronavei cînd se aplică legea statică de comandă 'a acului }ndiea:tor.

în regim stabilizat cu vînt lateral U" se menţine abaterea: Y st= .

Ut k + -'P· Vk

(20.21)

11

Datorită influenţei vîntului avionul revine pe o direcţie paralelă cu axul pistei (fig. 20.8) la distanţa dată de'relaţia (20.21). In afară de această eroare, se manifestă şi eroarea\Aat.oratăimpreciziei de măsurare a capului,~, care se introduce în caiculator. Fie +S·q; .eroarea de măsurare a capului. în acest caz ecuaţia (20.20) se scrie sub forma:·

Y+ kw( ~~+8 ~) + kyY =:O.

..

Eroarea Y 'P de revenire la traiectorie considerînd Y =0 si 11 ~=0 este Y w='+ k\JI8 q;jky. · În concluzie legea statică de reglare are neajunsul· existenţei erorilor datorate vîntului lateral şi impreciziei de măsurare a capului. Dintre avantaje se menţionează faptul că permite revenirea lină, fără oscilaţii, la direcţia de zbor impusă, ceea ce uşurează mult pilotajul avioanelor. în cazul legii astatice de comandă a acului indicator al aparatului director se utilizează ecuaţia (20.17). Întrucît această ecuaţie conţine integrala lui Y iri . raport Cl1 timpul se foloseşte şi denumirea de lege integrală de comandă ..Ungh.iul de deviaţie a acului indicator al aparatului direcţor, îrt acest caz se expri~ă prin· ec~aţia: (20.22) 490

Dacă

se

consideră

8v=O

şi că există

vînt lateral, din (20.22)

rezultă:

(20.23) Se presupune că mărimile Y, S~ şi 'Y se măsoară cu anumite erori astfel că în (20.23) se introduc mărimile Y !::i Y, y ~·y, !::i ~+ 8'$. Dacă erorile ~ Y, ~·y şi 8'~ sînt constante, derivînd ecuaţia (20.23) rezultă:

+

•••

Y

k

••

+

•

+ _!. Y +kuY +myY==t= my!::iY. V

(20.24)

În regim stabilizat Y =:Y =·Y =0, iar eroarea statică de revenire la traiectorie (20.24) este Yst=:+!::iY. În felul acesta sistemul care utilizează legea integrală de comandă are o eroare de revenire la traiectorie numai dacă măsurarea coordonatei Y se -face imprecis. De remarcat că nu există erori datorate vîntului lateral şi nici datorate impreciziei de măsurare a unghiurilor de ruliu şi giraţie. Influenţa vîntului lateral în cazul legii astatice de comandă a acului indicator al aparatului director se elimină prin calculul unghiului de dedvă. Are loc aşa-numita centrare automată a avionului în raport cu traiectoria impusă, ceea ce reprezintă principalul avantaj al legii astatice de comandă. Trebuie însă subliniat faptul că aplicarea acestei legi înrăutăţeşte întrucîtva forma traiectoriei de revenire la traiectoria impusă şi complică pilotarea avionului. Aspectul traiectoriei (fig. 20.9) se obţine prin rezolvarea ecuaţiei (20.24). Se observă că dacă my 2:>my 1 , avionul revine la traiectoria impusă mai repede, dar abaterea laterală este mai mare. Tr01ectom efective

o

fu;~

orl~~~~~~~~~?7-ry7,~0?~~~T~~~-ct~or~la--~ 1

1 1

impusd 1

1

1

c

cbcb eb

lnd,coforul AOl

1

cb cb

Fig. 20.9. Traiectoria aeronavei cînd se aplică legea astatică de comandă a acului indicator.

Se examinează în continuare modul în care se poate realiza nemiJlocit legea de comandă (20.15). Pentru a se reveni la traiectoria impusă şi a se menţine aeronava acolo, pilotul trebuie să observe în permanenţă parametrul Y, dar şi primele sale două derivate. Cel mai simplu este să 491

acţioneze în funcţie

de derivatele Yv şi iiv care sînt elaborate de calculavalorile Y şi ii cu ·cele calculate Yv şi Hv, se realizează,

tor. Comparînd legile de comandă ale acelor indicatoare pentru pectiv longitudinală sub forma:

mişcarea laterală şi

.. ..

res-

(20.25)

ov=ip(H-Hv),

unde op este deviaţia acului orizontal iv - coeficientul de transfer la miş carea longitudinală, iar H şi Hv sînt valorile instantanee şi respectiv im- · puse ale derivatelor de ordinul doi ale abaterilor avionului de la traiectoria programată. Dar pilotul comandă avionul nu numai în functie de abaterile Y şi H ale centrului de masă. În realitate condiţia de stabilizare a avionului pe trai-ectorie are forma [32}:

..

.

..

.

-(Yp)=_,..;.k;Y +kyY; (20.26)

-(Hv)==-ki-I H + knH,

unde 'kă, ka~ k; Cu aceste devin:

şi ky sînt coeficienţii calculatorului. precizări legile de comandă a acelor

indicatoare (20.25)

Ov=Îv(Y +k~Y +kyY);

(20.27)

ov=ip(H +kiiH +kHH).

, După formă, aceste ecuaţii nu diferă de ecuaţiile obţinute în cazul legii astatice de comandă a acului indicator al aparatului director de zbor. Totuşi legea de comandă în funcţie. de a doua. derivată a a baterii are un mare avantaj. Ea· este valabilă indiferent· de forma traiectoriei, în timp ce legea de reglare sub forma (20.14) presupune o traiectorie liniară. În cazul unei traiectorii curbilinii, ar fi necesar să se ·introducă 84J variabil, ceea ce implică ataşarea la calculatorul sistemului a unui dispozitiv de programare a traiectoriei, ceea ce complică soluţia din punct de vedere tehnic. Expresiile (20.27) presupun determinarea directă a mărimii Y şi H. Se observă că în prima ecuaţie nu intervine capul, fapt care permite să se realizeze aparate directoare de zbor care nu au limitări în funcţie de forma traiectoriei impuse. Legea de comandă a acului indicator al aparatului director se formează utilizînd elemente aperiodice şi diferenţiatoare. Astfel, în cazul mişcării laterale, ecuaţia de deviaţie a acului indicator are forma [32, 137]: . ( ov=Zv .

. (··--gy+-'T 1 · -Ts- Y ) +kyY] • gy+k· y ·Ts+1

T

Ts+1

Termenii din. paranteza· rotundă reprezintă chiar pe din (20.28) r~zultă:

Sv~O

..

.

Y+k;Y+kyY=O. 492

(20.28)

Y. De. aceea .luînd

Schema funcţională a acestui tip de aparat director este prezentată în fig. 20.10. În cazul mişcării longituclinale ecuaţia se scrie în funcţie de unghiul de tangaj şi ele derivata cestui. Legea ele comandă a acului indicator orizontal [137] are forma:

8c= z·0 lf

1.

n -~

'

•

&7

L

•

1 ••

tt 1I

_I_:5__ (1 cC) Ts+l

~

(20.29)

1

Fig. 20.10. Schema bloc a ADZ pentru comanda de derivata de ordinul doi: W 1 (s)

-

funcţia

de transfer a avionului la

laterală

şi

W 3 (s) sînt

funcţiile

funcţie

mişcarea laterală.

Fig. 20.11. Schema bloc a ADZ pentru comanda W 2 (s)

în

longitudinală:

de transfer ale avionului la

mişcarea

longi-

tudinală.

Şi ecuaţia

aici termenii din paranteza rotundă reprezintă pe H. În consecinţă (20.29) devine: (20.30)

Schema reprezentată

20.4.

funcţională

a acestui canal al aparatului director de zbor este în fig. 20.11.

CONSTRUCŢIA

SISTEMELOR DIRECTOARE DE ZBOR

a. Structura generală a sistemelor directoare de zbor SDZ. De regulă SDZ au o structură mai complicată decît cea prezentată pînă aici. La formarea semnalelor de comandă participă un număr mare de aparate de 493

-~'=-----------

bord,_ iar informaţiile specifice acestor .• sisteme se afişează comb~nat cu informaţiile de- pilotaj şi navigaţie specifice giroorizontului, sistemului de curs, radiocolJlpasului şi sistemului de aterizare instrumentală ILS. Structura Ull.Ui asemenea sistem director de zbor este prezentată în fig. 20.12. Ca

trarismiţătoare

de

informaţii, fără

a face parte din SDZ, se

utilizează:

- - - - -....r-------~----~~H r:t

~~ 7Jp

Spre p;!ot au/omul

Fig. 20.12. Schema

structurală

de prinCipiU a unui sistem director de zbor.

giroverticalul - care introduce ungHiurile ''t .şi rtt; siSt~mul_de .curs care măsoară capul t\J; sistemul ILS_.:._ care măsoară abaterfle :unghiulare ep şi Ee; radiocompasul automat ARK - care măsoară gismentul G; sistemul de radionavigaţie apropiată RSBN - cu care se măsoară distanţa D şi relevmentul e; calculatorul de navigaţie care determină abaterea laterală liniară ·y, viteza laterală Y şi capul programat (impus) t\JP; întrerupătorul corecţiei. Informaţia referitoare la variaţia altitudinii, ÂH, este furnizată de corectorul de altitudine. Informaţiile de la transmiţătoarele primare se introduc în calcula. toare, iar semnalele obţinute la ieşirea lor se introduc în aparatul director de pilotaj ADP care le afişează. In calculator se elaborează şi semnalele -6-p., "{p care se introduc în pilotul automat. Informaţiile de navigaţie se afişează cu ajutorul aparatului director de navigaţie ADN. Pe cadranele apq:ţatelor directoare de pilotaj, în afară ·de semnalele "'{, {}, Y, Ep, Ee se afişează şi semnalele 8y şi Su care indică pilotului cum trebuie să comande avionul pentru a executa evoluţia impusă (programată). în multe sisteme directoare de zbo_r aparatu.l director de pilotaj face corp comun cu indicatorul giroorizontului (fig. 20.13). Cu ajutorul acelor directoare de ruliu 1 şi de tangaj 2 se indkă semnalele 8v şi 8p. Aparatul

494

mai indică unghiurile "(, B- , sP, Zc etc. (v. legenda fig. 20.12). Cînd se zboară în regim de comandă semiautomată, sarcina pilotului se rezumă la suprapunerea acelor 1 şi 2 peste indexul central 3. Cîteva detalii privind aparatul director de navigaţie se pot vedea în fig. 20.14. Pe cadranul

9

20

8

Fig. 20.13. Schema aparatului director de pilotaj ADP: a·c indicator de ruliu; 2 - ac indicator de tangaj; 3 - index central de referinţă; 4 - ac indicato'r de abatere faţă de linia de drum în plan orizontal; 5 - ae indieatnr de abatere faţă de pantă sau ·faţă de înălţimea impusă; 6, 7 steguleţe (blenkere); 8 - indicator de gli:sadă; 9 - indicator de ruliu (silueta avionului); 10 - cadran de ruliu; 11 - selsin receptor de ruliu; 12, 16 - amplificatoarele sistemelor de urmărire; 13, 17 - motoarele sistemelor de urmărire; 14 - cadran de tangaj ; 15 - selsin receptor de tangaj; 18 - cuplaj cu fricţiune; 19- buton de acţionare a cadranului de tangaj ; 20 - buton de nivelare a giroag,regatului. 1 -

Fig. 20.14. Schema aparatului director de

navigaţie:

selsine receptoare de cap; 2, 6, 12 - amplificato:arele sistemelor de urmărke; motoarele sistemelor de urmărire; 4, 14 - tr,anffiTiiţMoa,re; 8, 15 - mecanisme diferenţiale; 9, 10 cuplaje elect,romagnetice; 16 - dispozitiv cu la mele; 17 - index de zero; 18, 21 - cadrane de cap şi de gisment a radiostaţiilor; 19, 20, 24, 25 - ace indicatoare; 22, 23 - steguleţe (blenkere).

1, 5, 11 3, 7, 13 -

495

l1

-~·-·~-----------------~ a~estl.i.ia se afişează: .. capul magnetic, capul impus, gismentul radiostaţiei, poziţia aeronavei · în raport cu zona de semnal egal a radiofarurilor de cap şi .de pantă ILS, momentul intrării aeronavei în zona de acţiune a radiofarurilor de cap şi de pantă. Aparatul director de navigaţie furnizează calculatorului semnale privind abaterea de la capul impus ~~ şi gismentul radiostaţiei de dirijare. Sistemele directoare de zbor moderne au urm·ătoarele performanţe medii: precizia de menţinere a aeronavei pe traiectoria de aterizare cu abateri laterale de +30 m si abateri în înăl

ţime de +10 m. Precizia de st.abilizare a capului este de +2°. Masa sistemului este· în jur de 30 kg.

', b. Sistemul director de pilotaj şi navigaţie de tip integral (astatic). Acest sistem este destinat pentru menţinerea direcţiei pe timpul zborului pe traiect după compasul magnetic sau după goniometrul omnidirecţional, precum şi pentru menţinerea aeronavei pe traiectoria de aterizare definită cu ajutorul radiofarurilor de cap şi de pantă. Pe tabloul de bord al pilotului se montează aparatul director de pilotaj ADP în aceeaşi carcasă cu giroorizontul şi aparatul director de navigaţie ADN care indică abaterea faţă de traiectoria impusă şi capul avionului. Schema bloc a sistemului director de tipul'integral este prezentată·în fig. 20~15. În ·completul aces:tui aparat, în afară -ae indicatoarele menţionate, mai intră: transmiţă toarele ·. giroverticalului şi sistemului compas, radioreceptoarele radiofarurilor de cap .şi de pantă şi un bloc de calcul. Pentru menţinerea capului impus se aplică legea proporţională de comandă a acului vertical al ADP, miş carea . acestuia fiind dată de relaţia:

7

~:----------~-r----~o~ Fig. 20~15. Schema bloc a sistemului director de · pilotaj şi navigaţie de tip integral: receptor de pantă; 2 - girovertical; 3 - cal;culato,rul de navtgaţie; 4 - silstem compas; 5 - calculatorul ADZ; 6. - aparat. di,reotot ·de pilotaj ADPcombinat cu giroorizo·ntal; 7 -'- aparat clirecto.r de

1 -

navigaţie

ADN.

'Sv=iv(9"{ +kw ~~).

întrucît valoarea lui ~~ poate fi suficient de mare, în sistem se introduce un !imitator în raport cuunghiul de ruliu. Dacă zborul se execută în zona radiofarului de cap sau a radiofarului omnidirecţional, .legea de comandă a acului vertical al indicatorului ADP are forma:

8v=iv(9"f+k; ~+ks e:).

Stabilizarea avionului faţă de mişcarea longitudinală pe timpul zborului pe panta de aterizare, definită de radiofarul de pantă, se asigură prin suprapunerea siluetei avionului cu barele directoare, acţionînd asupra 496

.,.,_

profundorului. Legea de reglare poate fi formulată prin ecuaţia {}+k11 11 = =0 sau, mai general, prin ecuaţia &+ka- {}+k 11 'Y)=O, caz în care se ţine seama nu numai de abaterea 'Y) faţă de panta de aterizare, ci şi de viteza de tangaj {}. Există numeroase sisteme directoare de pilotaj şi navigaţie realizate de diferite firme constructoare. O descriere mai completă a acestor sisteme se poate găsi în literatura de specialitate [59, 87, 150]. În lucrarea [76] este prezentat pe larg sistemul director FD-108. În cazul sistemelor au7 8 9 10 tomate de con1andă destinate pentru venirea la aterizare în cadrul minimelor de 12 categoria a III-a se utilizeafi IJ ză aparate directoare de pilotaj mai evoluate, care per5 mit afişarea unui număr mai 15 mare de parametrii (fig. J 20.16). Sistemul de indicare !6 este realizat pe principiul 17 2 "observare din avion spre pămînt". Comenzile ce tre18 buie date pentru mişcarea 19 laterală sînt indicate de bara 8, iar cele pentru mişca rea longitudinală sînt precizate pe bara 16. Unghiurile de ruliu şi de tangaj sînt eva20 2't 23 22 luate după poziţia orizontului Fig. 20.16. Aparat director de pilotaj PKP: artificial 4 de pe cadranul 1 - acul indicator .al radio.altimetrului; 2, 6, 10, 13, sferic, în raport cu silueta 18, 24 - axe de .regla.re (corecţie) ; 3 - cadranul in. ~ 11 · 1 · p di.catorului de abatere a vitezei faţă de valoarea imf lXa · a av1onu Ul. arte a pusă; 4 - linia orizontului artificial; 5 - indicata:.. superioară a semisferei (dearul .a baterii vitezei avionului; 7 - steguleţ de semnalzare a căderii canalului lateral de calcul; 8 - acul supra liniei orizontului arti- director de ruliu; 9 - cadran de tangaj; 11 - silueta 12 steguleţ de semnaliza·re ~ c;ăd~rii ca-: fl. el· al) es·te de culoare bleu, avionului; rLalului longitudinal de calcul; 14, 15 - mdicaco.rul ŞI iar cea inferioară, de cy.loa- cadmnul de abatere de la traiectoria impusă în plan ~ vertieal; 16 - indicator director de t.angaj ; 17 - stere maro. Pentru indicarea guleţ de semnalizare a căderii giroorizontului; 19 buton de acordare a cadranului de tangaj; 20, 21 - caunghiurilor de ruliu se uti- dran şi indicator al abaterii de la traiectoria impusă d 1 t · h' 1 in plan orizontal; 22 - indicator de glisadă; 23 - in. 1!Zeaza In exu nung lU ar dicator de ruliu · 25 - cadran de ruliu. 23 plasat perpendicular pe . ' linia orizontului artificial. Unghiul se citeşte pe cadranul 25. Abaterea avionului de la traiectoria impusă în plan vertical este precizată de indexul 14 în raport cu cadranul 15, iar abaterea în plan orizontal - de către indexul 21 în raport cu cadranul 20. In partea stîngă a aparatului se găseşte cadranul 3 şi indexul 5 care permit să se citească abaterea vitezei de zbor în raport cu viteza hnpusă. Deplasarea în sus a indexului 5 indică faptul că viteza avionului este inferioară celei ordonate. Alte detalii pot fi urrnărite pe figură cu ajutorul legendei. v

•


4.97

;r .AP,aratut director de na:Yigaţie corespunzător sistemeJ,or evoluate reat:' liz~e-,în~ ultimiLID?i -per~ite afişar-ea•·unui-·număn:m.afmare;sde parametri -'C

re"'caracterţzea~~ planul c:Ie zbor. în fig.s20~1'7 este. p.rezentat.aparatul director de navigaţie de tip PNP (aparat pentru planul de navigaţie). Capul avionului este citit pe cadr:anuL17 cu ajutorulindexului 7. Indexul capului .

-·.

••

•

c

•

<.

.·· -~"

ţinpus

'în_ }1oziţia butonuft{i 24 '·sau. ·cu ajutorul unui ·sis~ tem de transmisie la· diŞtan9 -."se

atlu~e

·dorită cu-·ajuto~til

ţă

'pe liazf).llnOr semnaTeL elade ~calculatorul de ria:.. vţgaţie. împ:eeunŞ cu indexu:l 9 se- deplasea~~Jncă trei ir1~ 1

borate

d~cşi _·de fortnă1 , triunghiu!ară 18, decalaţi cu _cîte_ . 90° unul f_aţă cle altul. Cu ajuto-

rtiFbtitonuhii 20 se stablleş.:' te u,r:rghi ul · de ·drum implis ~uplţ- contorul ::11:. Simultan se: -roteste acul Tndicătof. 4 car~ p~;mite dtir~a. unglliu-

ltîi''de dri.nn ·pe· cadranul17~ Contot'ul 2· dă'~'informaţţi f.n'i~ vind ' distanta·· de 'z Wr Îtî functie ~e :semnalelE!' fu~nf:.:: zate· 'de: câleulatbnil de navig'aţie şi de sistemul. dt(naviFig. 20.17. Aparat dfrector de.na\rigaţle.PNP: gaţie ··telemetrie. Principala 1 ·- semnalizator de defectare a calculatorul]oli de -hartictllait'itate a acestui ap·.a-. dtsta~\;'"'l.z f,.;,;..l:cai'Culator dei.df&tanţă;: :B!·r-.. bat« d~''E{batel'e de la traieptocia_ imp~să ~ pla:r(v~rt:Lcal; -~_-in:rf~t';~dtfs:tă u~ faptul 'că fiara dicatotrul · unghiului: ··et~ :·dtr:~bţie .,1tll\pus; 5 - ·cadranul 14 -sF -eadtanul-·t2'i -~a jndieatoc,., unghiulUi .d.e. d~ri-va;·~u - ilîdidrtoful ungliiulur tie· de• iivtt; '7 ,.;,.::. inde:x:j,.).l fix .. de citire a Capului; 8 - irnle- rulut• de. abatere:: de la tr.a..:' ,g:u de,seni:rializ.aţea zbopl.\l:qi·după'.r:adi\Jiar; 9·-·în-: l dext!.1 inrizonta.1; ;:ts -'-.. _silueya avionului; .16 - :i.nd~l ca..;ea·· capulu de·__ semnalizare a zbocuH1i .:Spre' radiO:f.ar}-::.11 ~-'-_icacr:.ra'"'~ . rilll'de_,cap; 1s··-: index; 1-9 -•:.Steguleţ" d~semna.lizate san1blu _se ·roteste ...·.·.îrl ..--f~luf a defectărti· tf sist6IÎl.ului de ·eu-rs•; 20 ~ bUton .fie in,.. ... b" • ' · • • · · • ~- ' 1 troducere _8;·
.CG

::1

• •

·

-

:

.

),-,. •

..·

·

•

.

.

·. • .

·

.

• -:,

2

t.

mu~lor, de_ ·funţ?~~~~k~j~:~~~~- de · in1ţroduc_en: a~ -h~ctodi! impus~ •(programat~). ·. . _.~· . . . . _ . , . . ..• ,_ , Spre ex.emplu, jn cazul ai)a7 _ ratului, :prezenţat m.'fig.u~O.f1. ayioi?.iiLz:boară :sp~e tr,aiectaria care se· gă_.::

. . . . cv-. ajutorul le~_. După cilm<~e··pdate ~c~stafa"d4n: prezentarea- sucCintă a 'sistemelor Ai.;.

~~şt~ lli_<;lr~apta lui..l\!t~;uetaHLse pot,urrriărl.peJiglil.ră g~*pet.

' .' ·.

; .. .. .. ·.• ·;:· . . . ~

-~. ; J rectoare de zbor, se contmeâză-:Clar ~tendinţa ea ;acestea să eoncentrez;e· pe· 498·

partea frontală a indicatorului, pe lîngă informaţiile specifice lor, un numare de alte informaţii. Astfel se afişează date privind vitezele de zbor, unghiurile de ruliu şi de tangaj, capurile, drumurile şi gismentele, intrarea şi ieşirea din zona de acţiune a radiofarurilor de cap şi de pantă, ieşirea din funcţiune a unor canale ale aparatelor directoare etc. Se remarcă de asemenea gruparea informaţiilor pe două aparate directoare: aparatul director de pilotaj ADP - care afişează informaţiile referitoare la mişcarea avionului în plan vertical (mişcarea longitudinală) şi aparatul director de navigaţie ADN -care afişează _informaţiile referitoare dominant la mişcarea avionului în plan orizontal (mişcarea laterală). Această concentrare mare de informaţii pe cadranele a numai două indicatoare, plasate pe tabloul de bord într-o poziţie riguros studiată din punct de vedere ergonomic şi fiziologic, permite pilotului să le perceapă într-un timp scurt şi pe baza lor să ia decizii corecte privind comenzile ce trebuie date pentru ca zborul să se execute cu maximă securitate pe traiectul programat. Exemplele, la care. s-au făcut referiri bazate pe tehnologii clasice, reprezintă aparate utilizate curent la bordul avioanelor de pasageri. Se manifestă mai nou tendinţa ca afişarea informaţiilor să se realizeze integral pe cale electronică, folosindu-se în acest scop ecrane catodice sau tehnici moderne de afişare (fibre optice, cristale lichide etc.). O tratare mai completă a problemelor referitoare la aparatele directoare de zbor se poate găsi în literatura tehnică de specialitate [21, 37, 43, 83]. măr

32*

-----~--

---, ~~

BIBUOGRAFIE

· L AaKER, '-R. DeSigniitg Servos ·For ·Large-'Signal-Stability; Control Engineering, _, May.. ~l965. _. . __ _ __ - . _ -. 2. A~ţfEIKIN,~ D. _I., ,KOSTINA,,E. ·N"., KUZNEŢOVA, N. ;N. Datciki sisterrf t:tvto- matJcescogo~ţ::onfioli.a i T(?gul{rovania, Moskva. Maşinostroenie; 1959. - '3~ AHME'fJANQV,- ·A.. A~' l(îSacotocinîe sistemî . per.edaci ugla q.vtomaticesk'ih ustroisttt ·:Mookva, EI'terghia, 19-75: _ · ·A;'AiiMETJÂNOV, A~; A. Sistemî ·peredaci ugla povîşennoi tocinosti, Moskva, I"eningrad, Energhia,· _1966. .___ , - 5. ,ALARI, _C. Radionaviga~ion, _Toulouse._ E:NAC, 1975._ ..__ o. ALEXANDER W . Electrica! instruments and- mesurements, Lonâon, Cleaver.:.. .7

Huine Press, i.962: · _

· ·· 7. ANDERSON, E. W. The Principles o[Navigation, New:York, Elsevier Pubft~hing (3o., -1~66. _ :· · . - ·· · _ . . - _;8. M:P,Jl,EEV, L. E._ Uprnghi~ ele7ne:ntî, priborot]-, Moskva,- Maşghiz, 1962.-- -9. ~~t);REEV, _~·- D:_ Teoriei inerţiaZnoi ,navigqţii, ~vtono~mîe _sisţemî, Moskva, Nauka ··1966~ -· ·-· · ·. · '· · ·· 10. ANDREEV, V. n~ Teoria inerţial noi navigafii.'*bfecti'r~e ~sistemî, Moskva, ' . Nauka, 1961~c -;"\ [? . . . , · , .l ţL A~GHELQfU, ~- ş.a~ .Introdu~eţ'te îrţ. "$ÎS~me, tehn,ţce mari-. Bucureşti, ,Editura , militară; 1980. _ . ' ___ . _ ' _ · < . - _ ·-.·- _ _ , . :12: ANGOT, ·A. Complemente de matematici, Traducere din L~ franceză, Bucureşti, Editura tehnică, 1965. 13. ANTONI_U,. I. S. Bazele electrotehnicii, Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1974. · 14. ARDELEAN, GH. Teoria informaţiei şi· descoperirea optimă a semnalelor din zgomote, Bucureşti, Editat in Academia miliară, 1965. 15. ARON, I. Curs de aparate giroscopice pentru aeronave, vol. I şi II, Bucureşti, Editat în Academia militară, 1978, 1983. ·16.· ARON, ·-1. -şi DUMITRESCU, M. Curs de. aparate de",bord _avion, vol. II, Bucureşti, Editat in Academia militară, 1973. . . .. 17. ARON, I. Automatizarea în aviaţie, Bucureşti, Editura militară, 1967. 18. ARON, I. şi PAŞCA, L. Aparq.te de bord avion, vol. 1., Bucureşti, Editat in Academia_ militară, 1973. 19. ARON, I. şi MARAŞESCU, I. Aparabe de bord avion, Bucureşti, Editat în Academia tehnică militară, 1956. 20. * * * Aviaţionnîe ţifrovîe sistemî controlia i upravlenia, Moskva;1 Maşi nostroenie, 1976. 21. * * * Avionics navigation systems, Edited by Kayton, M. and Fried, W., New York, London, Sydeny, Toronto, John Wiley and Sons, Inc., 1969. , 22. BABAEVA, N. F., EROFEEV, V. M. ş.a. Rasciot i proiectirovanie elementov ghiroscopiceskih ustroistv, Leningrad,- Maşinostroenie, 1967.. , . 23. BABICI, O. A., BODNER, V. A., KOZLOV, M. S. ş.a. Aviaţionnrîe pribori i n.avigationnîe sistemî, Moskva, V.V.I.A., 1969. 24. BARNA, C. şi BARNA, V. Transmiterea informaţiei numerice, vol. J, U, Bucuresti, Editura tehnică, 1970. 2Ş. BĂTRÎNA, I., DIMO, P., SIPOŞ, I. Aparate de măsurat şi măsurători numerice, BUctireşti, Editura tehnică, 1976. 26. BELAVIN, O. V., Osnovî radionavigaţii, Moskva, Sovetskoe radio, 1967. 27. BELOGORDSKU, S. L. Avtomatizaţia upravlenia posadkoi samoleta, Moskva, Transport, 1972. 28. BETTIN R. Navedenie v cosmose, Moskva, Maşinostroenie, 1966. 29. BIOICOV,. S. I., LUKIANOV, D. P. şi BAKALIAR, A. I., Lazernîi ghiroscop, Moskva, Sovetskoe radio, 1975.

500

1 1

30. BOGDANENKO, N; M. Kursovîe. sistemî i navig'tlţivnnîe vîcisJiteli. sqmoletov grajdanskoi aviaţii, Moskva, Transport, 1978. . . 31. BOGDANENKO, N. M., BOLOŞIN, G., IU. şi BELîH, V. S. Kursovîe sisternî i navigationnîe avtomatî samolotov grajdanskoi aviaţii, Moskva, Transport, 197L 32. BODNER, ·V. A. Sistemî upavlenia letatelnîmi apparatami, Moskva; Maşino stroenie, 1973. 33. BODNER, V. A: Aviaţionnîe priborî, Moskva, Maşinostroenie, 1969. 34. BODNER, V. A. Teoria avtorrwticescogo upravlenia poletom, Moskva, Nauka, 1964. 35. BODNER, V. A., FRIDLENDER, G. O., CISTIACOV, N. I. Aviaţionnîe priborî, Moskva, Maşinostroenie, 1960. 36. BOIANGIU, D. ş.a. Instrumente, dispozitive şi maşini matematice, Bucureşti, Editura Tehnică, 1963. . 37. BORODIN, v~ T. şi RîLSKII, G. I. Pilotajnîe complexî i sistemî upravleTl!ba samoletov i vertoletov, Moskva, Maşinostroenie, 1978. 38; :* * * Bortovîe sistemf upravlenia poletom, Moskva, Transport, 1975. 39. BRASLAVSKI, D. A. Priborîi datciki letatelnîh apparatov, Moskva, Maşinost~oenie, 1970. . . · · 40. BRASLA VSKI, D. A., PELPOR, D. S. şi LOGUNOV, S. A. Aviaţionnîe priborî, Moskva, Masinostroenie, 1964. ' 41. BROZGULI,· L. I. şi SMIRNOV, E. L. Vibraţionnîe ghiroscopî, Moskva, · Maşi nostroenie, 1970. 42. BROXMEYER, CH. Inertial navigation systems, New York-San FranciscoToronto-London, Mc. Graw-Hill Book Co. Inc., 1964. 43. BUSLENKO, N. P. ş.a. Lecţii. pe teorii slojnîh sistem, Moskva, Sovetskoe radio, 1972. · . . " . 44. BON:OARCIUK, I. L.şi· HARIN, V;>b Avciaţionnoe i radioelectronoe oboru:dovanie samoleta AN-24, Moskva, Transport, 1975. '45. ·CARAFOLI, E. Aerodinamica vitezelor mari, Bucureşti, Editura Academiei R.P.R., 1957. . 46. CARPANTIER, J., RADIX, J. C., BOUVET, J. şi BONNEVALLE, G. Navigation par inerţie, Paris, Dunod, 1962. -· · 47. CARTIANU, GH. Semnale, circuite şi sisteme, Editura didactică şi pedagogică, 1980. 48. CALIN, S. şi BELEA, C. Sisteme automate complexe, Bucureşti, Editura Tehnică, 1973. . 49. CELPANOV, L B. Qptimalnj(Lia obrabotca signalov v navigaţionnîh sistemah, Moskva,- Nauka, 1967. 50. CIORĂSCU, F.~şi SPINULESCU, I., Măsurări electrice .şi electronice, Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică~ 1973. 51. CIUROV, E. P. 'Sputnicovîe sistemî radionavigaţii, Moşkva, Sovetskoe radio, 1977. 52. CLEMENT, J. R. Regles et procedures de circulation aerienne,. Toulouse; ENAC, 1975. ,_ 53. CONSTANTINESCU;·V~ N. Aplicaţii industriale ale lagărelor cu aer, Bucureşti, Editura Academiei R.S.R., 1968. 54. · DANICI, S. D. Electropribornoe oborudovanie samoleta ·AN-24, ·:Moskva; •Transport, 1971. 55 .. DANILIN, V. :·P. Ghiroscopiceskie priborî,' Moskva, Visşaia ·şcola, 1965. 56. DAŞKEVICI, A. S., ş.a. Aviaţionnîe avtomaticeskie ustroistva, Moskva,. Oboronghiz, 1968. 57. DELECTORSKII, P. A., MtASTIAEV~ N. Z. si ORLOV, I. N. Proectirovanie ghiroscopiceskih electrodvigatelei, Moskva, Maşinostroenie, 1968. 58. DEMIAN, T. Elemente constructive de mecanică fină, Bucure~ti, Editura didactică ·şi pedagogică, 1976. 59. DENISOV, V. G. Navigationnîe oborudouanie letatelnîh apparatov" Moskva, Oboronghiz, ·1:9:63. 60. * * * Electronnîe, metodî controlia traiectorii cosmiceskih apparatov, Moskva, Izdatelstvo inostrannoi literaturi, 1963,

501 1 1

1 1 1

\

... 1

1

.LlkJ

l

61. ENE, A. Manual de navigaţie a~riană, Bucln"eşti, E~itura militară, 1977. 62. FABRE, J. Navigation_aerienne; Toulouse, ENAC,-1968. 63. FAURE, P.', CAMBERLEIN, L. ş.a. Navigation inertielle optimale et filtrage statistique, Paris, DUnod, f971. 64. FEDIN, S. S~ Samoletovojdenia, Moskva, Transport, 1966. 65. FRIEDLENDER, G. O. şi KOZLOV, M. S, Aviaţionnîe ghiroscopiceskie priborî, Moskva, Oboronghiz, 1961. . ___ _ _ · 66. FRIDLENDER, G. -O. lnertialnîe sistemt navig(Jţii, -M9skva,- Gosudar~t~nhoe ' . s=izdatelstvo fizico-matematicescor literaturi, 1961. ' ' ' ' . .67. FRIDLENDER, G. O. şi SELEZNEV, V. P. Pilotajnîe manometriceskie priborî, · · · ·· · · · · :Compasî- i .avtoşturmanî, Moskva, ·Oboronghiz 1953. 68. FROLOV, V. S. Radioinerţialnîe sistemî navedenia, · Muskva, Sovetskoe radio, 1976.~ . . . . . . 69. FROLOV, V. S. Inerţialnaia navigaţia, Moskva, Znanie, 1970: . 70 ;GAMULIN, A .. G. şi SOFRONOV; E. V. Speţialnoe oborudovanie samoletov i vertoletov grajdanskoi iwiaţii,- MDskVa; Transport, 1972. 71. GAMULIN~ A. G.,. SOFRONOV, R V. şi AMPILO~OV,'IU. V: Electriceskoe i - pribotnoe oborUdovanie samoleta IL-18, MoskVa, Transport; 1974. " 72. GEYGER,- W .• A. Dispozitive magnetice neliniare, Traducere din 1. engleză, · · Bucureşti,. Editura tehnică, 1968. · · · , 73. GORELIC, A. L., BUTKO, G. I. şi BELDUSOV, A. IU~ Bottovîe ţifrovîe vicisli, telnîe m. . ~\ _ -1J 75. GRAVE, H. F. Măsurarea etectrică1· a m'ă:i'imilor. neelectrice~ 'Traducere din L ·.germană,- Bucureşti, :Edil:ura• tehliieă,= ·1006. · · 76. HLADIUC, E. şi_ POPESCU, A. Navigaţia aeriană, Iaşi, Editura Junimea, 1977. - 77:. * * ·"' Inertial guidance; Edited by George &··Pitman Jr., New ·york _'--'" London, J ohn Wiley Sorrs Inc., 1962. -: 78. .:li__·• *-' * ~Inertial na:vigation. Analysis ··and design, •Edited. by C.c F. OfDohnell, New York-San Francisco-Toronto-London, Mc. Graw-Hill ·· Book Co.~ Inc. ' .. . . . 79. IŞLINSKI, A. IU. Orientaţia, · ghiroscopî i irierţialn•iia navigaţia, Moskva, Nauka, 197:6. 80. IŞLINSKI, A. IU. Me!~anica ghiroscopiceskih sistem, Moskva, A.N. S.S.S.R., -, '- >'~? :Jj ,J-;;~ ><>'-'--- :cr'T1963i•:' : 81. IVANOV, -V. A. CEMODANOV, B. -• K. şi MEDVED~V. V. S., Mdtem:Q-ticeskie o·.

o

1~64.

~--

- osnovt.: teorii âvtomaticescY>go

reguliTovcmia~ ·'MoskVa;. ·. Vis~aia ·şcotaf '1971. •

·

82. KIRST, M. A. Navigationnîe kibernetica -poleta, Mos:Kva, · Voenizdat, l97L 83; KOLCDNSKI~ V. E., MANDUROVSK1, I. A. · şi :KONSTANTINOVSKI,- M. I. ~

Avtonomnîie dopplerovskie ustroistva i sistemt · navigaţii letatelnîh appiiratov,

Moskvaţ Bovetseoe radio, 19'75~ . . .. ' ' 84. KOVALEV, M. P. Oporî i podvesî ghiroscopiceskih ustroistv, Moskva, ·Maşino. sfroenie, 1970. . . . -~ -.. 85. KOŞLIAKOV, V. N. Teoria ghiroscopiceskih _compasov, M()skva, Nauka;: 1972. S6: KRILOV,- A; Celovec v avtomattzitoviin:nih. .-.sistemah' · upna~t5lenia, -Leningradskogo_ universiteta, :ţ972. _ .- ' ·. -~3:.. -. · .,_, · .. ·· ·. -·~81. KU~OVKOV,· N.' T~" Sistemî · stabilizaţia letatelnîh'.apparatov, Moskva, 'Visşaia şcola, 1976. _. _,_ _ . . 88. LAZANEC, 'lL Pilotag({des-misSîles :et ·des ~vehicules spci~iaux, ·Parts, 'J?unu·d, ' ' -~- ' . .;._..; . '1966;~ . 89. LESCURE, M. J, Navigation aerienne, Toulouse, :ENAC, 1971. _. _ _ _ _ • 90. LIPCIN;-; L. T. Praectirovanie slo)nîh navigaţionnîh sisteni-, -Moskva,. Maşinostroenie, -1978. · · _ . · · _ _ · _· · · · · 9L LUN.Ţ, IA.; 'h· iVvedenie: .v ·teoria ghiroscopov, Moskva, Nauka:· 1.912. · 92. MAGNUS, K. Kreisel, Theorie und Anwendungen, .Berliri, Heidelberg; New-. Ybrk, Sprînget, Verlair; 1971. .; ;.) .'_· 93~ MALEEV, P. I. Novîe tipi ghi'foscopov, Leningrad, Sudostrdeni~f197L _· 94!dMANOLESCU, ~) şi-
A:

502

95. MARINESCU, AL. Metode, apanate şi instalaţii de măsură în aerodinamică, Bucureşti, Editura A{cademiei R.S.R., 1970. 96. MIHAILOV, O. I., KOZLOV, I. M. şi GHERGHEL, F. S. Aviaţionnîe priborî, Moskva, Maşinostroenie, 1977. _ 97. MIHALEV, I. A., OKOEMOV, B. N. ş.a. SisteTnî avtomaticescogo .i directornogo upravlenia samoleta, Moskva, Maşinostronie, 1974. 98. MIHLIN, B. Z., SELEZNEV, V. P. şi SELEZNEV, A. V. Gheomagnitnaia navigaţia, Moskva, Maşinostroenie, 1976. 99. MIHOC, G., MUJA, A. şi DIATCU, E. Bazele matematice ale teoriei fiabilităţii, Cluj-Napoca, Editura Dacia, 1976. 100. MILLEA, A., Măsurări electrice. Principii şi metode. Bucureşti, Editura tehnică 1980. 101. MUSATOV, V. V. Primenenie vîcislitelnoi tehniki v grajdanskoi aviaţii, Moskva. Transport, 1973. 102. * * * Navigaţia, navedenie i stabilizaţia v cosmose, Moskva, Maşinostroenie, 1970. 103. NAZAROV, B. I. Ghiroscopiceskie ustroistva, Moskva, Voenizdat, 1970. 104. NEUSÎPIN, A. K. Giroscopiceskie privodî, Moskva, Maşinostroenie, 1978. 105. NICOLAU, E. şi BELIŞ, M. Măsurări electrice şi electronice, Bucureşti, Editura didactică şi pedagogică, 1979. 106. NIKITIN, E. A. şi BALAŞOV A, A. A. Proectirovanie diferenţiruinşcih i integriruiuşcih ghiroscopov i acselerometrov, Moskva, Maşinostroenie, 1972. 107. NIŢĂ, M. Teoria zborului spaţial, Bucureşti, Editura Academiei R.S.R., 1973. 108. NIŢ Ă, M. Curs de mecanică teoretică, vol. II, Bucureşti, Editat în Academia militară, 1972. i09. NIŢĂ, M. şi ARON, I. Navigaţia inerţială, Bucureşti, Editura militară, 1971. 110. NIŢĂ, M. şi ARON, I. Pilotul automat, Bucureşti, Editura militară, 1961. 111. ODINŢOV, A. A. ş.a. Teoria ghiroscopov i ghiroscopiceskih priborov, Kiev, Vîsşaia şcola, 1976. 112. ODINŢOV, V. A. Radionavigaţia letatelnîh apparatov, Moskva, Maşinostroenie, 1968. . 113. OSADŞII, V. I. Vozduşnaia navigaţia, Moskva, Transport, 1972. 114. OSTROVSKII, L. A. Osnovî obşciei teorii electroizmeritelnîh ustrmstv, Moskva, Energhia, 1971. 115. PAPADACHE, I. Automatica aplicată, Bucureşti, Editu:a tehJ?-ică, .1971.. 116. PA VLOV, V. A. Osnovî p1·oectirovania i rasceta ghzroscoptceskth prtborov, Moskva, Sudostroenie, 1967. . 117. PELPOH, D. S. Ghiroscopiceskie sistemî, Ciasti II, Moskva, Visşaia şcola! 197~. 118. PENESCU, C. şi PETRESCU, V. Măsurarea presiunii în tehnică, Bucureşti, E
503

----~,

f29;_,Rl:BES, Y. Systemes de botd, T.- II, Toulouse, ENAG, 1978. 130. RIBES, Y. Systems de bord, T. 1, Touiouse, ENAC,l977~ 1131-.- RIBES," Y.~ Equipaments ·de- bord, Complement-s instruments de bord, T, 1. -" _ " Toulouse, ENAC, 1971. _ _ - 1S2>ROITENBERG, ·IA. N~ Gh,irosco-pî, M(}skva, Nauka, 1975. 133._ SAVET, P. H. Gyroscopes, _theory and design,- N~w:York, Mc. Graw-Hill Book : ~co~ Inc: 196L~ - -134. _ SEBASTIAN, L. Automatica, Bucureşti, Editura didactică şi pedagogie~. 1974. lgij. SEL"EZNEV, V. P; N-avigaţionnîe ustroistva, Moskva, Maşinostroehie, 19'74; 136. SELEZ~EV, V. P. şi KIRST, M. A. Sistemî navigaţii cosmiceskih U~tatelnîh _ _; ap~atov, Moskva~ Voeni:icrat,-1965: __ ---- - _ -_ 137-;* * _ * Sistemî avtomaticescogo i directornogo upravlenia samoletov, :M:o!Skva, ,:>Maşinostroenie, 19-74.--138; SOUVIGNET, A. Navigation au compas giroscopique, Toulouse, ENAC, 1975, 139~ SOUVIGNET, A~ Cosmographie et navigation '-astroniimique, Toulouse, ENAC~ 1974. 140. STOICA, c: şi CRIS'fEA, ~N. Meteorologia generală; BUICureşti, Eâitl.lra tehnic~! - 1911. 14lP'STUPEIJ,>~F. A: Traductoare şi con~rtoare electromecanice, Traducere: d-ih 1. rusă~ Bucureşti, Editura tehnică, 1_967. - , __ · · 142.,--SEBŞA~VICI, V; S. V vedenie 7Ptepriu kosmiceskoi navigaţîi, Moskva; Sovetskoe radio, -1971.- · ~ 14~{-J.ŞTEF'ANEsCU, N. Setsine, Buctit~ti,- Editura· tehnică, 1967>' . _ .. 14~.... '' ·*.. *' Te-hniques de mesure dans les ecul:etrMm.-ts~' Parls, Eyr-6lles, 1974. 14Ş: TIRON, M~ Teoria erorilor de .• ?Jl{isurare şi metoda c~lor mai rn,ici pătrate, _.Bucureşti, Editura tehitroă,-19.72: - .·~s·c · · 146. TURICIN;- A. M,, EZectriceskte .izmefenîe neelectticeskih v&Uciri, M()skva, Ene:r... , - j I

.,ghia; l-9Bu.-

·

·

147. TUTOVAN, V. Introducere: în măsurări electrice şi mag.netifce; Bucureşti, Editu-Fa didactică ·şi pedagogică, 1962. _. ~-.~ ·· . · ·148. UTIAMSEV, R..l. Tehnica· izmerenia scorostei vraşcenia, Moskva, ·Enetgoizdat, 1961. . .. . '" . • : . . 1l19. 'V.ASILIEV, D. A: ş.a. CalculUl şi ptâiectarea sistemelor. 'de urmărire) T1Jâducere din-1. rusă, Bucureşti, Editura tehnică, 1966. . . .., 150. V:ASILININ, V.· N. Avtomatizirovanoe voj-denie .tiaj;elîl:L samoletov>· Moscova, ~.. 'Oboronghiz··T913 ·' · · . . 15J.,.,V)\.LCOVICI, BA~AN, ŞT. şi VOINEA, H. Mecanictvteo.r.e~cd, Hu~ureşti, : 'Editura tehnică 1968. · · · · , ··. · _·.· · . . - . ' ;n < · > 152. VOINA,ROSKI, 'R, ·Mecanica teoreti-că, Bucureşti, Editura dj_dactică' ~i. pedago. gică,.1968. ... ·. . .. . ·.. · . . . .. . . ll'lo" V'01NEA, R.~' MTCULESCU, D., CEAUŞU 1 V. Mecantea, "B-ucureşti, 'Ed1tura d1dac. . :ticji .si pedagogică, -1975. . . .. . -.- . · 154.'Vl€TOROV1 'V. A. Rezonansnîi metod izmerenia -urovia, Moskva, Energia,1969. 155. VORQBIEV~ L. M. Astronomiceskaia iifilvigaţia Zeiatelrtîh · appara:tov, Moskva, '; · 'Masinostroenie, 1968. · · . . . · ·- · -15€i. WRIGLEY W. HOLLISTER, W. M. şi DENHARD, G. Gyr.o.scopie: 'Tn'Cory, c'-De8igrt an~?i-n;tru.mentation, Cambridge-Mas9achusetts'- Londo:q_, M~LT~ Press, 1970. ... . . . . . . . . ·•· ; •... 1-57\ :ZA:H1\.:RlN~'.1\lf:' k . şi -ZAHARIN, F. · M. Kinematica inef-tialnîh sistem · navz{Jaţn; . Moskva, Maşinosţroenie, 1968. .. :, ·~ ·15.8~ ZAIŢEV1<~G~< F.< - ez c;ttedtaşcih· sistem vîso~ tocinosti, :Kiev, ·Tehnica, :1971.' 159; ZARIOIU, GH. Av ia modernă, Realizări şi perspective, .Craiova,. Editura '\i·-~ Scrisul tomânesc} '-197·

v.;

vv:

Aparate de Bord Pentru Aeronave

Recommend Documents