Измеритель-указатель углов атаки и скольжения легкомоторных самолетов авиации общего назначения

Область техники: приборное оборудование легкомоторной авиации.
Перечень признаков: флюгерный тип измерителя; потенциометрические датчики; цифроаналоговый преобразователь; программируемый микроконтроллер; светодиодный семисегментный индикатор.
Технический результат: получено устройство точного измерения и индикации истинных углов атаки и скольжения легкомоторного летательного аппарата, имеющее небольшой вес, малые габариты преобразовательной части, несложность установки, малое энергопотребление за счет применения светодиодных индикаторов.
Известно устройство для измерения углов атаки, скольжения и приборной скорости летательного аппарата (Патент на полезную модель 54436, 2006 г.), которое представляет собой штангу, в носовой части которой размещен ПВД, а на корпусе расположены флюгеры, с помощью которых определяются углы атаки и скольжения. В качестве преобразователя угла поворота флюгеров используются СКТ, статор которых закреплен внутри корпуса преобразователя, а ротор жестко установлен на оси флюгеров. Многоканальные токосъемные устройства обеспечивают преобразование и передачу устанавливающихся по набегающему потоку углов поворота флюгеров из механических в электрические с помощью синусно-косинусных трансформаторов. Недостатком устройства является сложность и дороговизна изготовления и комплектующих датчиков воздушного давления, необходимость выполнения внутренних каналов для приема воздушных сигналов, что не приемлемо для самолетов авиации общего назначения.
Известен датчик углов атаки и скольжения (а.с. 369440, 1973 г.), состоящий из сферического кольца и державки, представляющей собой сферу, сопряженную с цилиндром. Внутри сферы расположены электрические датчики, соединенные с семью приемными отверстиями (3 отверстия в сферическом кольце, 4 отверстия в сферической державке) и преобразующие давления воздушного потока в электрические сигналы. При неравенстве давлений в приемных отверстиях в следящую систему выдается сигнал, пропорциональный перепаду давлений между приемными отверстиями, и следящая система поворачивает сферическое кольцо вокруг оси, перпендикулярной оси державки, направленной по оси летательного аппарата на угол, соответствующий углу атаки и скольжения. Недостатком датчика является большое количество и сложность выполнения внутренних каналов приема воздушных сигналов. Кроме того, необходимо обеспечение легкого вращения сферического кольца в державки, а также необходимость следящей системы, обеспечивающей вращение сферического кольца в державке.
Известен датчик угла атаки с пневмометрическим насадком (а.с. 297927, 1971 г.), в котором флюгарка выполнена в виде полого конуса, что позволяет избежать несимметричного обтекания, особенно при сверхзвуковом потоке. В вершине полого конуса закреплен пневмометрический насадок, а внутри размещен связывающий насадок со штангой двухстепенной шарнир, на котором установлены потенциометрические датчики. Потенциометрические датчики должны быть установлены так, чтобы вилка двухстепенного шарнира была нагружена симметрично. Центр тяжести всей подвижной системы должен находиться в центре неподвижной крестовины двухстепенного шарнира, чтобы датчик не реагировал на ускорения летательного аппарата (в противном случае необходимы противовесы). Недостатком датчика является необходимость обеспечения передачи параметров воздушного потока от подвижного пневмометрического насадка в систему регистрации воздушных сигналов, а также необходимость точной балансировки подвижной крестовины относительно неподвижной.
Предлагаемый измеритель-указатель углов атаки и скольжения легкомоторных самолетов авиации общего назначения схематично представлен на рис. 1. Измерительная часть устройства состоит из аэродинамически обтекаемого полого стержня прямоугольного сечения, на котором установлены два флюгера поз. 1 и поз. 2 с перпендикулярно расположенными осями вращения. Флюгеры сбалансированы по массе относительно оси вращения добавлением свинцового противовеса в носовой части, таким образом устраняется влияние перегрузок и вибраций на точность измерения. Флюгеры крепятся непосредственно на оси вращения потенциометров R1 и R2 с номиналом 15 кОм и линейностью ±0,5%. Потенциометры находятся внутри полого стержня и не создают аэродинамических помех. Через проводное соединение поз. 3 резисторы подключены к блоку индикатора поз.4, в котором аналого-цифровые преобразователи поз. 5 преобразуют электрическое напряжение, полученное с потенциометров, в цифровой сигнал. Опорное напряжение потенциометров и питание всех электрических частей устройства поступает с преобразователя напряжения поз. 6. Цифровой сигнал с аналого-цифрового преобразователя обрабатывается в контроллере поз. 7 и передается в микросхемы драйверы семисегментных индикаторов поз. 8. Контроллер содержит память, в которую внесено программное обеспечение, сохраняемое при отключении питания и загружаемое при подаче питания. Драйверы семисегментных индикаторов работают по триггерному принципу с счетчиком и командой сброса, они включают определенные светодиоды микросхем семисегментных индикаторов поз. 9, которые высвечивают цифры-значения углов атаки и скольжения с точностью до десятых долей градуса, с шагом 0,1°. Десятые доли отделены светящейся точкой. Для подсвета вспомогательных надписей указателя и индикации положительного и отрицательного параметра углов атаки и скольжения контроллер управляет светодиодами подсвета поз. 10.
Наименование изображений на рис. 1:
1 - флюгер угла атаки;
2 - флюгер угла скольжения;
3 - проводное соединение;
4 - блок индикатора;
5 - аналого-цифровые преобразователи;
6 - преобразователь напряжения;
7 - контроллер;
8 - драйверы семисегментных индикаторов;
9 - семисегментные индикаторы;
10 - подсвет индикации положительного и отрицательного параметра углов атаки и скольжения;
R1 и R2 - потенциометры 15кОм лин. ±0,5%.
Индикаторы и подсветы располагаются на лицевой панели индикатора, внешний вид которой представлен на рис. 2.
Конструкция и габаритные размеры измерителя-указателя углов атаки и скольжения легкомоторных самолетов авиации общего назначения приведены на рис. 3.
Конструкция и габаритные размеры блока индикатора углов атаки и скольжения приведены на рис. 4.
Принципиальная электрическая схема приведена на рис. 5.
Аэродинамически обтекаемый полый стержень прямоугольного сечения с флюгерами устанавливается на летательном аппарате (ЛА) параллельно его продольной оси по полету перед носовой кромкой крыла, что обеспечивает обтекание флюгеров плавным набегающим потоком, не нарушенным другими частями летательного аппарата. Этого легко добиться за счет увеличения длины полого стержня при закреплении его на жестких элементах ЛА и выносе флюгеров вперед по полету. Длина проводного соединения не влияет на точность измерения. Вся вычислительная часть устройства расположена в одном компактном корпусе блока индикатора, имеющего размеры и массу обычного среднего авиационного прибора, который легко монтируется на приборной панели ЛА.
Для обеспечения работы к блоку индикатора необходимо подвести бортовое напряжение питания от 8 до 36 В постоянного тока. Потребление тока не более 0,1 А при напряжении питания 12 В.