ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО УГЛА

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к измерению параметров подвижного объекта, и может быть использована для измерения аэродинамических углов атаки и скольжения летательного аппарата.
В настоящее время существует необходимость измерения аэродинамических углов (углов атаки и скольжения) с высокой точностью для определения параметров движения летательных аппаратов. Известные датчики измерения аэродинамических углов позволяют обеспечить точность преобразования углов атаки и скольжения на уровне 1-2%, данного уровня недостаточно. Для получения более достоверных данных о движении летательного аппарата необходима точность преобразования углов атаки и скольжения не превышающая ± 0,1°.
Известен магнитный датчик угла атаки [международная заявка РСТ на изобретение № WO 01/77622, МПК G01C 21/00, приор. 04.04.2001 г, опубл. 18.10.2001 г.], содержащий чувствительный элемент, корпус и преобразователь углового положения чувствительного элемента, при этом чувствительный элемент выполнен в виде противовеса (лопатки) зафиксированного на валу, а корпус выполнен в виде полого цилиндра, в основаниях корпуса выполнены сквозные отверстия, в одном из которых установлен вал чувствительного элемента с возможностью вращения, причем преобразователь углового положения чувствительного элемента расположен во внутренней полости корпуса и взаимодействует с валом чувствительного элемента. Преобразователь углового положения чувствительного элемента выполнен в виде узла бесконтактного магнитного считывания для определения вращения вала относительно корпуса. Узел датчика включает в себя магнит, который устанавливается на валу, и магниторезистивный (MR) датчик, который устанавливается на корпусе в таком положении, чтобы магнитное поле от магнита изменялось при вращении вала, и это изменение магнитного поля воспринимается и предоставляется как индикатор изменения угла атаки.
Недостатками известного датчика являются: использование в качестве преобразователя углового перемещения чувствительного элемента магниторезистивного датчика, что снижает точность измерения аэродинамического угла, за счет того, что такой датчик преобразует угловое перемещение чувствительного элемента в пропорциональное изменение сопротивления.
Известен датчик угла атаки и угла скольжения [патент Китая на полезную модель №211856637, МПК G01P 13/02, приор. 29.11.2019 г., опубл. 03.11.2020 г.], содержащий чувствительный элемент (флюгер), корпус и преобразователь углового положения чувствительного элемента (устройство измерения угла), при этом чувствительный элемент выполнен в виде клина, сбалансированного противовесом относительно оси вращения (аэродинамического профиля флюгера) и зафиксированного на валу (валу флюгера), расположенном в корпусе с возможностью вращения, а корпус выполнен в виде фланца с закрепленным на нем кожухом, причем преобразователь углового положения чувствительного элемента взаимодействует с валом чувствительного элемента. Чувствительный элемент установлен на посадочное место для чувствительного элемента. Преобразователь углового положения чувствительного элемента используется во взаимодействии с магнитом, установленным в нижней части установочного вала магнита. Верхняя часть вала магнита соединена с установочным гнездом чувствительного элемента.
Недостатками известного датчика являются: использование в качестве преобразователя углового положения чувствительного элемента Холла, что приводит к большой погрешности в измерениях аэродинамического угла за счет того, что данный тип преобразователя является аналоговым, при этом выходным сигналом такого преобразователя будет напряжение, пропорциональное изменению углового положения чувствительного элемента. Уровень напряжений в таких преобразователях порядка единиц милливольт и требует его усиления и преобразования, что вносит дополнительную погрешность в измерения.
Данное устройство принимается за прототип, как наиболее близкое по технической сущности к заявляемой полезной модели.
Технический результат, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, заключается в увеличении точности измерения аэродинамического угла, за счет оптоэлектромеханического преобразования угловых перемещений.
Указанный технический результат достигается тем, что датчик измерения аэродинамического угла содержит чувствительный элемент, корпус и преобразователь углового положения чувствительного элемента, при этом чувствительный элемент выполнен в виде клина, сбалансированного противовесом относительно оси вращения и зафиксированного на валу, расположенном в корпусе с возможностью вращения, а корпус выполнен в виде фланца с закрепленным на нем кожухом, причем преобразователь углового положения чувствительного элемента взаимодействует с валом чувствительного элемента, согласно полезной модели вал чувствительного элемента установлен во фланце на подшипниках, а преобразователь углового положения чувствительного элемента расположен во внутренней полости кожуха и состоит из последовательно установленных излучателя, конденсора, кодовой шкалы, анализирующей маски, фотоприемника и преобразователя интерфейса, причем кодовая шкала выполнена в виде лимба с нанесенной на него светотеневой шкалой и жестко закреплена на валу чувствительного элемента.
Таким образом, расположение во внутренней полости кожуха преобразователя углового положения чувствительного элемента, состоящего из последовательно установленных излучателя, конденсора, кодовой шкалы, анализирующей маски, фотоприемника и преобразователя интерфейса, выполнение кодовой шкалы в виде лимба с нанесенной на него светотеневой шкалой и жесткое закрепление на валу чувствительного элемента, установленного во фланце на подшипниках, позволяет увеличить точность измерения аэродинамического угла.
Кроме того, с целью увеличения стойкости к внешним дестабилизирующим факторам, датчик измерения аэродинамического угла оснащен ограничителем, установленным во внутренней полости корпуса на валу чувствительного элемента, причем в корпусе выполнены выступы, между которыми расположен ограничитель.
Наличие в заявляемой полезной модели признаков, отличающих ее от прототипа, позволяет считать ее соответствующей условию «новизна».
Полезная модель иллюстрируется чертежами:
на фиг. 1 представлен продольный разрез датчика измерения аэродинамического угла;
на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1.
Датчик измерения аэродинамического угла флюгерного типа содержит чувствительный элемент, корпус, преобразователь углового положения чувствительного элемента и электрический соединитель (фиг. 1).
Чувствительный элемент выполнен в виде симметричного клина 1 зафиксированного на валу 2 и сбалансированного относительно оси вращения противовесом 3.
Корпус выполнен в виде фланца 4 с выступом и закрепленным на нем кожухом 5. Во внутренней полости в стенке фланца 4 установлены два подшипника 6 и выполнены два выступа 7 на диаметрально противоположных стенках внутренней поверхности фланца 4. В отверстии фланца 4 установлен вал 2 чувствительного элемента с возможностью вращения на подшипниках 6. Кожух 5 выполнен в виде стакана со сквозным отверстием в основании и зафиксирован на центральном выступе фланца 4 сваркой. Во внутренней полости кожуха 5 установлены вал 2 чувствительного элемента и преобразователь углового положения чувствительного элемента.
Преобразователь углового положения чувствительного элемента выполнен в виде оптоэлектромеханического преобразователя, содержащего последовательно установленные элементы: излучатель 8, конденсор 9, кодовая шкала 10, анализирующая маска 11, фотоприемник 12 и преобразователь интерфейса 13. Излучатель 8 выполнен в виде излучающего диода. В качестве конденсора 9 использована система линз. Кодовая шкала 10 представляет собой лимб с нанесенной на него светотеневой шкалой и жестко закреплена на валу 2 чувствительного элемента. В качестве анализирующей маски 11 использован диск с одной узкой щелью. Фотоприемник 12 выполнен в виде линейки фотодиодов, установленной за щелью анализирующей маски 11.
Электрический соединитель выполнен в виде полого корпуса 14, во внутренней полости которого герметично установлены токовыводы 15. Корпус 14 электрического соединителя установлен в центральном отверстии кожуха 5, герметизируя его. Токовыводы 15 взаимодействуют с преобразователем интерфейса 13 преобразователя углового положения чувствительного элемента.
Датчик дополнительно оснащен ограничителем 16, выполненным в виде симметричного штока, сбалансированного относительно оси вращения, и закрепленного на валу 2 чувствительного элемента между выступами 7 во внутренней полости фланца 4 (фиг. 2). Ограничитель 16 предотвращает черезмерное угловое перемещение чувствительного элемента с целью повышения его стойкости к дестабилизиющим внешним воздействиям, таким как удары или вибрация.
Работает устройство следующим образом
Датчик измерения аэродинамического угла устанавливают на корпус лететального аппарата, вставляя корпус датчика кожухом 5 в отверстие корпуса летательного аппарата (не показано) до упора фланца 4 в корпус летательного аппарата. Фланец 4 фиксируют к корпусу летательного аппарата винтами. В отсутствии скоростного напора воздуха чувствительный элемент занимает произвольное положение в пространстве. Производят запуск летательного аппрата. При движении летательного аппарата в атмосфере возникает скоросной напор воздуха, при котором симметричный клин 1 чувствительного элемента уровновешенный противовесом 3 поворачивается вокруг своей оси, занимая положение по потоку воздуха. Поворачиваясь вокруг оси, симметричный клин 1 вращает вал 2, который изменяет угловое положение кодовой шкалы 10 преобразователя углового перемещения чувствительного элемента. В это время в преобразователе с помощью излучателя 8 и конденсора 9 формируется световой поток, создающий в полости анализирующей маски 11 светотеневое изображение кодовой шкалы 10. Полученное светотеневое изображение регистрируется фотоприемником 12 и попадается в преобразователь интерфейса 13, где преобразуется в цифровой сигнал пропорциональный углу поворота чувствительного элемента. Полученный цифровой сигнал через токовыводы 15 электрического соединителя передается потребителю.
Угловое перемещение симметричного клина 1 чувствительного элемента превышающее заданное значение поворота вала 2 ограничивается штоком ограничителя 16, упирающимся в выступы 7 фланца 4.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного изобретения следующей совокупности условий:
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при ее осуществлении, предназначено для измерительной техники, а именно для измерения параметров подвижного объекта и может быть использовано для измерения аэродинамических углов атаки и скольжения летательного аппарата;
- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в независимом пункте формулы полезной модели, подтверждена возможность его осуществления;
- средство, воплощающее заявленную полезную модель при осуществлении, способно обеспечить увеличения точности измерения аэродинамического угла.
Следовательно, заявленная полезная модель соответствует условию «промышленная применимость».