Электромеханические барометрические датчики высоты и корректоры высоты

Рис.1.7. принципиальная схема датчика высоты.

1-блок анероидных коробок, 2-передаточно-множительный механизм, 3-щетка.

Некоторые автоматические устройства на самолете нуждаются в получении входного сигнала (текущее значение высоты полета) в виде электри­ческого напряжения. Для этих целей применяют датчики высоты. Принципиаль­ная схема датчика высоты типа ДВ-ЗО, созданного на базе механического высото­мера, приведена на рис. 1.7. В герметичный корпус датчика ДВ через штуцер подается воздух из системы статического давления. Пе­ремещение подвижного цент­ра блока анероидных ко­робок 1 с помощью передаточно-множительного меха­низма 2 вызывает поворот щетки 3 потенциометра П, с которого снимается напря­жение U_н, пропорциональ­ное высоте полета. Реостаты R₄ и R₃ служат для регу­лировки схемы.

В приборе ДВ-ЗО значение давления у земли вводится вручную от блока задатчика давления ЗД поворотом рукоятки р₀ в центре шкалы и контролируется по указанию стрелки в пределах 640—780 мм рт. ст. При этом щетки реостатов R₁ и R₂, включенные последовательно с резистором R_ш к источнику постоянного тока напряжением 27 В, не меняя величину падения напряжения U_a на резисторе R_ш, сдвигают на равную величину потенциалы точек А и Б. Этим достигается ввод поправки в измеряемую высоту U_н в соответствии с фактическим значением давления р₀.

Датчики высоты типа ДВ-15 регулируются на неизменное давление р_о = 760 мм рт. ст. На оси щетки потенциометра укреплена стрелка, которая по шкале указывает значение абсолютной барометрической высоты полета.

Разновидностью датчиков высоты являются корректоры высоты (например, KB-11), которые выдают сигнал, пропорциональный отклонению высоты от заданного значения, и сигнализаторы высоты, выдающие электрический сигнал при достижении заданной высоты полета, например корректор высоты КВ-11, который широко применяется на самолетах и вертолетах гражданской авиации. Он входит в комплект многих автопилотов. Схема прибора изображена на рисунке 1.8а.

В основу работы корректора высоты положена следящая система на переменном токе. Чувствительным элементом корректора высоты является блок анероидных коробок БАК, помещенный в герметичный корпус. Внутренняя по­лость корпуса сообщается с системой статического давления самолета

При изменении высоты полета перемещается свободный центр анероидных коробок. Это перемещение передается на сигнальную обмотку СО индукционно­го датчика ИД.

В сигнальной обмотке возникает напряжение, величина которого пропорциональна перемещению, а фаза зависит от напряжения перемещения. Напряжение рассогласования с сигнальной обмотки поступает па величина которого пропорциональна перемещению, а фаза зависит от направления перемещения.усилитель, а затем на управляющую обмотку электродвигателя Д. Двигатель через редук­тор перемещает обмотку возбуждения ОВ в такое положение, при котором сиг­нальная обмотка оказывается в среднем положении по отношению к обмотке возбуждения. При этом напряжение сигнальной обмотки становится равным нулю. Так работает корректор высоты, когда электромагнитная муфта ЭММ обес­точена. В этом случае щетка потенциометра П удерживается пружинами в сред­нем положении и напряжение с него не снимается

Рис.1.8а.Схема корректора высоты.

При включении корректора высоты срабатывает электромагнитная муфта, и щетка потенциометра механически соединяется с выходным валом редуктора. В этом случае при отклонении самолета от заданной высоты, на которой был включен корректор высоты, с потенциометра снимается напряжение U_h, пропор­циональное отклонению h высоты от заданной.

При отключении корректора высоты (выключение питания электромагнитной муфты ЭММ) пружины возвращают щетку потенциометра в среднее (исходное) положение. В приборе предусмотрены контакты К, которые включены в систему сигнализации о совмещении щетки потенциометра со средней его точкой (сиг­нализация готовности корректора высоты к включению).

В целях обеспечения безопасности полетов каждому самолету ус­танавливается определенный эшелон заданной высоты, отсчитывае­мый относительно уровня с p₀ = 101 325 Па. Эшелоны высот двух ле­тящих навстречу самолетов выбираются с учетом регламентирован­ной минимальной ширины зоны безопасности, погрешностей высото­меров обоих самолетов, удвоенной аэродинамической погрешности восприятия статического давления, удвоенной погрешности стабилиза­ции заданной высоты.

Получение сигнала, пропорцио­нального отклонению самолета от заданной высоты, возможно с по­мощью корректоров высоты (рис. 1.8б). В сервопривод руля высоты СПРВ вместе с сигналами и Uw₂) , пропорциональными

отклонению угла тангажа и угло-

вой скорости wz относительно
поперечной оси самолета, от коррек-

Рис. 1.8б. Схема использования корректора KB-11 в автопилоте АП-28-11

Рис. 1.8в. Функциональная схема корректора высоты типа KB

тора высоты подается сигнал , пропорциональный отклонению от заданной высоты. Суммарное отклонение б_рв руля высоты определяет­ся в этом режиме сигналами U , Uw_z, U H.

Применяемые в настоящее время корректоры высоты делят на кор­ректоры высоты типа KB и корректоры-задатчики высоты типа КЗВ.

Корректор высоты типа КВ. Функциональная схема корректора представлена на рис. 1.8б. При изменении высоты перемещение жест­ких центров УЧЭ (анероидных коробок) через ПММ (система тяг с зубчатой парой) передается в виде угла поворота ₁ на подвижную вто­ричную обмотку индукционного преобразователя. Первичная обмотка индукционного преобразователя с помощью двигателя и редукторов / и // поворачивается относительно вторичной обмотки. При откло­нении самолета от заданной высоты на величину H сигнал U про­порциональный этому отклонению, с фазой, соответствующей знаку отклонения, поступает на вход усилителя. С выхода усилителя сигнал Uупр поступает на управляющие обмотки электродвигателя, который через два редуктора поворачивает на угол ₂ первичную обмотку ин­дукционного преобразователя до отработки угла рассогласования (до равенства ₁= ₂).

В работе корректора типа KB различают режимы согласования и коррекции. В режиме согласования электромагнитная муфта отключе­на, центрирующие пружины удерживают щетку потенциометра на средней нулевой точке, и поэтому выходной сигнал корректора отсут­ствует. Включением муфты в режиме коррекции обеспечивается переда­ча угла поворота ₄ выходной оси редуктора 1 щетке потенциометра, выходной сигнал U_вых которого пропорционален по величине и фазе отклонению высоты от заданного значения. При выключении муфты пружины возвращают щетку потенциометра в среднее (нулевое) по­ложение.

В электрической схеме корректора высоты (рис. 1.8г) полупровод­никовый усилитель следящей системы двухкаскадный с трансформатор­ной связью между каскадами. Первый каскад на базе транзистора VI

является каскадом усиления напряжения. Второй каскад собран по двухтактной схеме на транзисторах V2, V3 и является каскадом усиле­ния мощности. Нагрузкой его служат управляющие обмотки электро­двигателя М (ДИД-0,5). Выходной сигнал корректора высоты снима­ется с потенциометра ПКВ. Контакт НК сигнализатора готовности раз­мыкается при смещении щетки потенциометра ПКВ от среднего (ну­левого) положения. На схеме показаны цепи подключения индукцион­ного преобразователя ИП и электромагнитной муфты ЭМ, а также штепсельный разъем ШР, с помощью которого осуществляется съем выходных сигналов.

Конструктивно корректор высоты типа KB состоит из четырех уз­лов: полупроводникового усилителя на плате, электродвигателя с ре­дуктором, электромагнитной муфты с потенциометром и чувствитель­ного элемента с индукционным преобразователем. Все узлы крепятся на одном основании и закрываются кожухом.

Корректор-задатчик высоты типа КВ. Он предназначен для выда­чи сигналов в виде напряжений постоянного и переменного тока час­тотой 400 Гц, пропорциональных отклонению Н самолета от задан-

Рис. 1.8г. Принципиальная электрическая схема корректора высоты типа KB

Рис. 1.8д. Функциональная схема корректора-задатчика высоты типа КЗВ

ной высоты полета (в режимах коррекции и работы от программного устройства) и относительного сопротивления, пропорционального аб­солютной высоте полета (в режиме обнуления).

Корректор типа КЗВ работает в комплекте с блоком сигнала готов­ности БСГ, предназначенным для выдачи сигнала готовности к вклю­чению в режиме обнуления и выдачи сигналов исправности или отказа в режимах коррекции и программного управления. В блок БСГ вво­дятся: выходное напряжение переменного тока частотой 400 Гц с кор­ректора, управляющие сигналы + 27 В при включении в режимы кор­рекции и работы с программным устройством.

На функциональной схеме корректора типа КЗВ (рис. 1.8д) пока­заны: чувствительный элемент ЧЭ с ПММ; индукционный преобразо­ватель ИП; трансформатор Т, фазочувствительный усилитель ФЧУ, полупроводниковый усилитель У, двигатель М, генератор скорост­ной обратной связи Г, редуктор Р; узел потенциометров В; блок БСГ; реле К1 и К2, включающие режим коррекции; реле КЗ и К4, вклю­чающие режим «Программа».

В каналах взаимосвязей обозначены: угол поворота выходной оси ПММ, напряжения и переменного и U постоянного тока, про­порциональные изменению высоты Н; усиленное напряжение рассог­ласования U'; угол у' поворота редуктора; угол ' поворота вала дви­гателя; выходное сопротивление R_n потенциометра В; команда в ви­де напряжения постоянного тока U_прогр с программного устройства.

Режим обнуления является подготовительным для включения кор­ректора в режим коррекции. Входное давление р воспринимается ЧЭ. Элемент ИП преобразует перемещение жесткого центра ЧЭ в напря­жение U, которое после усилителя У поступает на управляющую об­мотку двигателя М. Двигатель через редуктор Р' поворачивает щетки узла потенциометров В. Выходное сопротивление R_н будет пропорцио­нально высоте H. Одновременно двигатель через редуктор Р' повора­чивает сердечник ИП, пока напряжение U не станет равным нулю. Двигатель М остановится.

В режим коррекции корректор КЗВ включается оператором или программным устройством после того, как достигнута высота стабили­зации. В этом режиме питание элементов У и М отключается с помо­щью реле K1 и К2. Сигнал рассогласования U не обнуляется и суще­ствует, пока не будет достигнуто стабилизируемое значение высоты. Этот сигнал подается на усилитель ФЧУ, который выдает потребите­лям сигналы в виде напряжений Uи u.

В режиме работы от программного устройства корректор КЗВ позволяет доводить высоту полета до высоты, заданной специальной программой. Это достигается отработкой положения сердечника ИП механизмом корректора в соответствии с программой. Реле КЗ и К4 отключают элемент ИП от усилителя У и подключают программное устройство. Потенциометр программного устройства (на схеме не пока­зан) совместно с потенциометром В образуют мостовую схему, выход­ной сигнал с которой поступает на усилитель У.

Чувствительным элементом корректора типа КЗВ (рис. 1.8е) яв­ляется анероидная коробка с линейной зависимостью деформации от высоты. Подвижной жесткий центр O₁ коробки через термокомпенса­тор БМ и тяги T1 и Т2 взаимодействует с якорем Я индукционного преобразователя ИП. Сердечник преобразователя представляет собой Ш-образный магнитопровод. Обмотка возбуждения 0В размещена на среднем стержне сердечника, встречно включенные вторичные обмот­ки ВО — на крайних стержнях. Ось 0₂ якоря и сердечник С преобра­зователя ИП неподвижно укреплены на основании К, к которому жестко крепится червячная шестерня ЧШ с центром вращения 0₃. Биметаллическая скоба БМ осуществляет термокомпенсацию первого и второго родов .Двигатель М. служит для отработки преобразователя ИП в согла­сованное положение, когда зазоры и , между якорем Я и сердеч­ником С будут равны. Усилитель У низкой частоты трехкаскадный с трансформаторной связью между каскадами. Первый каскад выполнен по схеме эмиттерного повторителя. Второй и третий каскады выполня­ются по двухтактной схеме.

Усилитель ФЧУ в режиме выдачи сигнала переменного тока двух­тактный двухкаскадный с трансформаторным выходом. В режиме вы­дачи сигнала постоянного тока он представляет собой сочетание двух­тактного двух каскадного усилителя с полупроводниковым фазочувст-вительным выпрямителем, снабженным RC-фидером.

В блоке БСГ сигнал переменного тока частотой 400 Гц с выхода кор­ректора поступает в усилитель-реле, где усиливается по двухтактной схеме усиления, выпрямляется, сглаживается емкостным фильтром и в отрицательной полярности поступает на несимметричный триггер с од­ним устойчивым состоянием, нагруженный на обмотку реле. Когда напряжение достаточно (при неисправности корректора) для опрокиды­вания триггера, последний перейдет из устойчивого состояния, при ко­тором обмотка реле находилась под током, в неустойчивое. Обмотка ре­ле обесточится и выдаст своей контактной группой сигнал «Отказ».

Рис. 1.8е. Кинематическая схема корректора-задатчика высоты типа КЗВ

Конструктивно корректор КЗВ выполнен в виде механизма отра­ботки, закрытого кожухом. В него входит ряд узлов, собранных на платах (ЧЭ с ПММ, ИП, усилитель, червячная пара, трансформатор, потенциометр и т. ст.). Блок БСГ с усилителем-реле выполнен в виде от­дельного блока.

Погрешности корректоров высоты. Они аналогичны погрешностям электромеханических высотомеров. При выходе из строя отдельных элементов корректора высоты или обрыве в проводах возникают не­исправности. Так, обрыв проводов в индукционном преобразователе ИП или в жгуте, подводящем питание, приводит к отсутствию выход­ных напряжении корректора. При неисправности реле К1 и К2 (см. рис. 1.8д) подача напряжения Ч-27 В не приводит к включению ре­жима коррекции, а при неисправности реле КЗ и К4 — режима «Программа». Выход из строя усилителя У или двигателя М приводит к неисправности системы отработки корректора. Отказ усилителя-реле блоке БСГ приводит к тому, что в режимах «Коррекция» и «Программa» отсутствует сигнал готовности. Загрязнение штуцера, редуктора или затирание в осях подвижной системы может явиться причиной медленной отработки корректора высоты. При выходе из строя элементы заменяют на исправные.