《控制系统元件之》PPT课件

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1、 2021-7-31 2 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 空 速 与 马 赫 数 测 量 ：A. 空 速 传 感 器 ：p 概 念 ：空 速 （ Air Speed） ： 指 飞 机 相 对 于 空 气 的 运 动 速 度 。测 量 飞 机 的 空 速 并 输 出 相 应 电 信 号 的 仪 表 称 为 空 速 传 感 器 或 空 速 管 。空 速 管 也 成 为 皮 托 管 或 总 压 管 ， 是 飞 机 上 非 常 重 要 的 参 数 测 量 仪 表 。空 速 管 测 量 到 的 速 度 并 非 飞 机 相 对 于 地 面 的 飞 行 速 度 ， 而 是 相 对 于 空 气

2、 的 飞 行 速度 。飞 机 上 的 空 速 仪 表 具 有 两 根 指 针 ， 一 根 指 示 “ 表 速 ” ， 另 一 根 指 示 “ 空 速 ” 。 2021-7-31 3 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 空 速 与 马 赫 数 测 量 ：A. 空 速 传 感 器 ：p 作 用 ：可 用 于 判 断 飞 机 的 空 气 动 力 情 况 ；还 可 根 据 空 速 、 风 速 、 风 向 来 计 算 地 速 ， 再 由 地 速 和 距 离 来 计 算 飞 行 时 间 。p 理 论 基 础 ：空 速 管 的 工 作 是 基 于 流 体 连 续 方 程 和 伯 努 利 定 律

3、的 ， 是 通 过 测 量 相 对 气 流 的 压 力来 间 接 测 量 飞 行 速 度 。 constvp 221 constvpKK 211 211 2021-7-31 4 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 空 速 与 马 赫 数 测 量 ：A. 空 速 传 感 器 ：p 工 作 原 理 ： 空 速 仪 表 由 空 速 管 、 开 口 膜 盒 、 放 大 传 动 机 构 、 表 盘 等 组 成 。 它 应 该 安装 在 飞 机 上 受 气 流 扰 动 比 较 小 的 位 置 。 其 工 作 原 理 为 ： 空 速 管 感 受 气 流 产 生的 总 压 和 静 压 ， 总 压

4、接 到 膜 盒 内 部 ， 静 压 接 到 膜 盒 外 部 ， 膜 盒 内 外 压 力 差 即为 动 压 。 当 动 压 变 化 时 ， 膜 盒 产 生 形 变 位 移 ， 带 动 传 动 机 构 运 动 ， 从 而 改 变指 针 的 位 置 。 2021-7-31 5 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 空 速 与 马 赫 数 测 量 ：B. 马 赫 数 传 感 器 ：p 概 念 ：马 赫 数 是 飞 行 速 度 与 飞 机 所 在 高 度 的 声 音 速 度 的 比 值 。当 飞 机 速 度 过 快 时 ， 由 于 空 气 压 缩 及 激 波 的 出 现 ， 空 速 管 已 经

5、 无 法 真 实 反 映 飞 机的 真 实 空 速 ， 必 须 借 助 马 赫 数 传 感 器 来 测 量 空 速 Ma。马 赫 数 传 感 的 结 构 的 原 理 与 空 速 传 感 器 基 本 接 近 ， 但 内 部 元 件 和 结 构 存 在 差 异 。 2021-7-31 6 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：p 概 念 ：迎 角 是 飞 机 机 翼 弦 线 与 迎 面 气 流 的 夹 角 ， 迎 角 的 大 小 与 飞 机 的 升 力 和 阻 力 密 切 相关 ， 所 以 对 该 角 度 的 测 量 十 分 重 要 。侧 滑 角 是 飞

6、 机 速 度 矢 量 与 飞 机 对 称 平 面 间 的 夹 角 。 2021-7-31 7 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：p 概 念 ：实 际 情 况 下 ， 在 飞 机 上 对 真 实 迎 角 进 行 测 量 是 非 常 困 难 的 。原 因 ： 由 于 飞 机 外 形 结 构 的 影 响 ， 飞 机 机 身 周 围 的 气 流 流 场 与 理 想 流 场 存 在 较 大差 别 （ 层 流 /紊 流 ） ， 带 来 了 较 大 干 扰 ， 实 际 测 量 误 差 较 大 ； 实 际 测 量 到 的 夹 角是 迎 角 传 感 器 与 周 围

7、 某 状 态 气 流 的 夹 角 ， 且 波 动 较 大 。解 决 办 法 ： 当 飞 机 迎 角 改 变 时 ， 机 翼 上 下 表 面 的 压 力 将 发 生 变 化 ， 上 下 的 压 力 差与 迎 角 存 在 一 定 关 系 ， 可 利 用 此 关 系 获 得 迎 角 的 大 小 。 2021-7-31 8 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：p 分 类 ：A. 风 标 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 ；B. 压 差 管 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 ；C. 探 头 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 。

8、2021-7-31 9 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：A. 风 标 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 ：组 成 ： 翼 形 叶 片 （ 风 标 ） 、 传 动 机 构 、 电 位 计 ；工 作 原 理 ： 当 正 对 气 流 方 向 时 ， 迎 角 0， 叶 片没 有 偏 转 ； 当 存 在 某 个 偏 角 a时 ， 则 传 动 机 构 也带 动 电 位 计 连 接 端 杆 也 偏 转 a角 度 ， 即 测 出 了 迎 角 的 大 小 。 当 改 变 电 位 计 连 接 杆的 长 度 ， 则 改 变 该 杆 在 电 位 计 的 运

9、动 角 位 移 ， 从 而 改 变 了 放 大 增 益 ， 为 ： V G a辅 助 改 进 措 施 ： I.增 加 阻 尼 装 置 ， 使 叶 片 运 动 更 加 稳 定 ； II.增 加 加 热 除 冰 装 置 ， 防 止 叶 片 表 面 结 冰 。精 度 ： 0.1 0.2 。若 将 叶 片 改 为 对 称 形 式 ， 并 安 装 在 机 体 坐 标 轴 系 Oxz平 面 上 ， 则 可 测 量 侧 滑 角 。 2021-7-31 10 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：B. 压 差 管 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 ：组 成

10、 ： 压 差 管 、 开 口 膜 盒 式 压 力 传 感 器 ；工 作 原 理 ： 当 正 对 气 流 方 向 时 ， 迎 角 0， p1=p2， 膜 盒 无 形 变 ， 电 位 计 在 中 位 ，输 出 为 0； 当 存 在 某 个 偏 角 a时 ， p1p2， 膜 盒 内 外 存 在 压 差 ， 产 生 形 变 ， 则 电 位计 产 生 对 应 位 移 ， 输 出 对 应 电 压 。精 度 ： 0.1 。改 进 措 施 ： 如 在 压 差 管 前 方 在 开 一 个 总 压 孔 ， 侧 方 再 开 两 个 静 压 孔 ， 则 可 用 于 测量 侧 滑 角 。 2021-7-31 11 2.

11、空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 迎 角 和 侧 滑 角 测 量 ：B. 零 压 差 式 迎 角 （ 侧 滑 角 ） 传 感 器 ：组 成 ： 敏 感 探 头 、 变 换 传 动 部 分 （ 气 道 、 气 室 和 桨 叶 ） 、 输 出 部 分 和 温 控 部 分 ；工 作 原 理 ： 将 其 按 探 头 轴 线 平 行 与 机 体 坐 标 轴 系 Y轴 安 装 。 当 迎 角 为 0时 ， 两 排测压 孔 均 正 对 气 流 方 向 ， 压 差 为 0， 探 头 内 上 下 腔 无 压 差 ， 桨 叶 便 无 转 动 ， 电 位 计输 出 为 0； 当 迎 角 不 为 0时 ，

12、上 下 测 压 孔 产 生 压 差 ， 该 压 差 带 动 桨 叶 旋 转 ， 直 到 重新 平 衡 为 止 ， 此 时 电 位 计 输 出 对 应 角 度 的 比 例 电 信 号 。精 度 ： 0.1 。改 进 措 施 ： 当 将 其 按 探 头 轴 线 平 行 于 机 体 坐 标 轴 X轴 安 装 时 ， 便 可 测 量 侧 滑 角 。 2021-7-31 12 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ： 通 过 前 面 的 讨 论 ， 可 知 利 用 总 压 、 静 压 等 大 气 参 数 便 可 对 高 度 、 空 速 、 迎 角和 侧 滑 角 等

13、飞 行 参 数 进 行 测 量 。 在 传 统 式 飞 机 仪 表 系 统 中 ， 存 在 多 种 仪 表 ， 它 们需 要 多 套 皮 托 （ 总 压 ） 静 压 测 量 系 统 来 对 大 气 参 数 进 行 测 量 ， 这 就 造 成 了 测 量系 统 结 构 相 当 复 杂 ； 在 现 代 飞 行 仪 表 系 统 中 ， 则 采 用 单 套 皮 托 静 压 系 统 （ 余 度设 计 时 为 多 套 ） 对 大 气 参 数 进 行 测 量 ， 由 大 气 数 据 计 算 机 进 行 计 算 出 各 个 飞 行 参数 。 2021-7-31 13 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量

14、 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：p 分 类 ：A. 模 拟 式 大 气 数 据 计 算 机 ；B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ；C. 混 合 式 大 气 数 据 计 算 机 。 2021-7-31 14 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：A. 模 拟 式 大 气 数 据 计 算 机 ：组 成 ： 压 力 传 感 器 、 总 温 传 感 器 、 迎 角 传 感 器 和 伺 服 解 算 机 构 ；各 部 分 功 能 ： 伺 服 式 静 压 传 感 器 可 直 接 输 出 高 度 和 高 度 的 变 化 率 ； 伺 服 式 动 压 传 感

15、 器 可 直接 输 出 空 速 ， 再 通 过 伺 服 解 算 装 置 可 计 算 得 到 Ma数 和 大 气 密 度 。 迎 角 传 感 器 可 输 出 局 部 迎 角 信 号 ， 经 Ma数 修 正 后 可 得 到 真 实 迎 角 ， 真 实 迎角 信 号 又 可 去 修 正 静 压 。 2021-7-31 15 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：组 成 ： 传 感 器 、 输 入 接 口 、 CPU、 输 出 接 口 、 自 检 与 故 障 监 测 系 统 （ BIT） 。各 部 分 功 能 及

16、对 象 ：传 感 器 分 为 总 静 压 传 感 器 、 总 温 传 感 器 和 迎 角 传 感 器 ， 功 能 为 测 量 大 气 参 数 ；输 入 接 口 ： 将 各 种 类 型 的 信 号 调 理 为 计 算 机 可 识 别 的 数 字 信 号 ；CPU： 完 成 程 序 指 令 执 行 和 计 算 任 务 ；输 出 接 口 ： 将 CPU计 算 的 数 字 信 号 结 果 转 换 为 某 种 格 式 的 输 出 信 号 ， 供 仪 表 及 控制 系 统 使 用 ； 自 检 与 故 障 监 测 系 统 ： 自 检 指 在 运 行 过 程 中 不 断 检 测 计 算 机 运 行 是 否 正

17、 常 ； 故 障监 测 则 对 数 据 计 算 机 系 统 的 各 个 部 分 的 故 障 进 行 判 断 和 处 理 。 2021-7-31 16 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数 计 算 原 理 ：I.升 降 速 度 Vz计 算 ： dtdpdpdhdtdhV s sz 标 准 气 压 高 度曲 线 斜 率 静 压 变 化 率 2021-7-31 17 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数 计 算

18、 原 理 ：II.马 赫 数 Ma及 马 赫 数 变 化 率 计 算 ：)( stMa ppfMa dtppdppddMadtdMaaM stst )()( 2 )()()( t tsstst p dtdppdtdppdtppd )()()( ttssaMttsstsst pppMafppppppppddMaa 1,4.1 )2.01()( 2 MaMaMaMaf aM 1,)21(7 )17()( 22 MaMaMaMaMaf aM 2021-7-31 18 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数

19、计 算 原 理 ：III.真 实 空 速 Vt计 算 原 理 ：真 实 空 速 Vt是 马 赫 数 Ma和 总 温 Tt的 函 数 ， 即 ： tstVttt TppfTMaMaV )(51 05.20 22 2021-7-31 19 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数 计 算 原 理 ：IV.大 气 静 温 计 算 原 理 ：大 气 静 温 Ts是 大 气 总 温 Tt和 马 赫 数 Ma的 函 数 ， 即 ： 251 MaTT ts 2021-7-31 20 2.空 气 动 力 学 参 量 的

20、 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数 计 算 原 理 ：V.大 气 总 温 计 算 原 理 ：大 气 总 温 由 大 气 总 温 传 感 器 测 量 得 到 ， 并 经 过 测 温 电 路 和 A/D处 理 后 转 换 为 计 算机 可 识 别 的 数 字 量 。 2021-7-31 21 2.空 气 动 力 学 参 量 的 测 量 ： 大 气 数 据 计 算 机 ：B. 数 字 式 大 气 数 据 计 算 机 ：参 数 计 算 原 理 ：VI.大 气 密 度 计 算 原 理 ：大 气 密 度 是 大 气 静 压 和 大 气 静 温 的 函 数 ， 即 ： sss RTp sss TppT000