Методи вимірювання прискорень
ДАТЧИКИ ВИМІРЮВАННЯ ЛІНІЙНИХ ПРИСКОРЕНЬ
Призначення та класифікація
ІУ, призначені для вимірювання прискорень літальних апаратів і елементів їх агрегатів, що обертаються, називаютьсяакселерометрами.
Прилади та датчики лінійних прискорень застосовуються в пілотажних та навігаційних системахВС для вирішення різних завдань, у тому числі:
а) на формування сигналу зворотний зв'язок, пропорційного прискоренню літального апарату, у системах телеуправління траєкторією польоту;
б) для видачі попереджувального сигналу при досягненні літальним апаратом гранично допустимого навантаження; сигнал може бути використаний льотчиком чи системою автоматичного обмеження небезпечних режимів;
в) для видачі сигналу відключення корекції гировертикали при досягненні літаком заданого прискорення;
г) для видачі сигналів, пропорційних прискоренню літального апарату, в інерційну систему навігації, де вони інтегруються з метою визначення дорожньої швидкості та розташування.
У пілотажних системах датчики повинні видавати інформацію про лінійні прискорення по осяхx,y,z, пов'язаних зВС; тому датчики лінійних прискорень пілотажних систем жорстко зв'язуються зВС, а їх осі чутливості орієнтуються по основних осях літального апарату.
В інерційних системах навігації, залежно від їх типу, датчики лінійних прискорень інерційних систем навігації встановлюються на гіроскопічній платформі, стабілізованої в горизонтальній площині, або жорстко зв'язуються з літальним апаратом.
Датчики кутових прискорень використовуються в системах стабілізації літального апарату щодо центру мас, де їх сигнали впливають на кермо длякомпенсації збурень. Сигнали датчиків кутових прискорень можуть інтегруватися, і в цьому випадку утворюються сигнали, пропорційні кутової швидкості літального апарата. Осі чутливості датчиків кутових прискорень орієнтуються головним осям літального апарату.
Для отримання повної інформації про лінійні та кутові прискорення літального апарату необхідно мати шість датчиків (три лінійних і три кутових), осі чутливості яких орієнтовані по головних осях літального апарату і кожен з яких сприймає відповідну складову лінійного або кутового прискорення.
У системах телеуправління траєкторією польоту зазвичай обмежуються застосуванням двох датчиків, що сприймають складові лінійних прискорень по поперечних осях літального апарату.
Акселерометри класифікуються за різними ознаками:
1. по галузі застосування;
2. на вигляд підвісів чутливого елемента;
3. за способом зняття сигналів;
4. за кількістю вимірюваних компонентів прискорення;
5. на вигляд вихідного сигналу і т.д.
Методи вимірювання прискорень
Вимір лінійних прискорень можливий інерційним методом, методом диференціювання швидкості польоту та методом дворазового диференціювання відстані до нерухомої бази.
1.Інерційнийметод полягає у вимірі сили, що розвивається інерційною масою при її русі з прискоренням. Прилади та датчики, засновані на цьому принципі дії, називаються акселерометрами.
Залежно від способу вимірювання сили розрізняють акселерометрипружиннітакомпенсаційні.
У пружинних акселерометрахсила, що розвивається інерційною масою, викликає пружну деформацію пружини, яка створює протидіючу силу. Деформаціяпружини служить мірою вимірюваного прискорення і за необхідності перетворюється на електричний сигнал.
У компенсаційних акселерометрахінерційна сила врівноважується силою, що розвивається магнітоелектричним або іншим перетворювачем. Ця сила пропорційна силі струму, яка служить вихідним сигналом. Структурна схема таких акселерометрів містить позиційний негативний зворотний зв'язок.
Інерційний метод використовується і в інтегруючих акселерометрах, сигнал яких пропорційний інтегралу від лінійного прискорення за певний проміжок часу.
Інтегруючі акселерометри відрізняються тим, що сила, що протидіє, є не позиційною, а швидкісною. Інтегруючі акселерометри можуть бутипрямоговимірювання, в яких протидіюча сила створюється демпфером зі стабільним коефіцієнтом демпфування, ікомпенсаційні, в яких для створення протидіючої сили застосовується швидкісний зворотний зв'язок.
Існують також компенсаційні акселерометри із дворазовим інтегруванням прискорень; протидіюча сила створюється зворотним зв'язком щодо прискорення інерційної маси.
2. Методдиференціюванняшвидкості польоту полягає у диференціюванні одним з відомих способів сигналу датчика швидкості польоту. Можливе диференціювання як електричних сигналів, а й пневматичних. Наприклад, якщо подати повний тиск зустрічного потоку повітря у варіометрі, то показання останнього будуть функцією поздовжнього прискорення.
3. Методдворазового диференціюваннявідстані до нерухомої бази придатний в основному для вимірювання вертикального прискорення і полягає у дворазовому диференціювання одним з відомих способів сигналу висотоміра.
Вимірюваннякутових прискорень можливо аналогічними методами.
При інерційному методі виміру інерційна маса підвішується на осі з одним ступенем свободи, що проходить через центр тяжкості цієї маси. Вимірюється момент інерційних сил, що розвивається масою при її обертанні з кутовим прискоренням. Застосовні самі два способи вимірювання інерційних сил, що й у лінійних акселерометрах, – пружинний і компенсаційний.
При визначенні кутових прискорень шляхом диференціювання проводиться диференціювання сигналу гіроскопічного датчика кутових швидкостей.
Для визначення кутових прискорень методом дворазового диференціювання використовують сигнал гіроскопічного датчика кута.
На літальних апаратах основне застосування знайшов інерційний метод виміру прискорень.
У пілотажних системах датчики повинні видавати інформацію про лінійні прискорення по осяхх, у, z, пов'язаних з літальним апаратом; тому датчики лінійних прискорень пілотажних систем жорстко зв'язуються з літальним апаратом, а