RU2580208C1 - Label sensor for aerodynamic angle and true air speed - Google Patents

Label sensor for aerodynamic angle and true air speed Download PDF

Info

Publication number
RU2580208C1
RU2580208C1 RU2014150131/28A RU2014150131A RU2580208C1 RU 2580208 C1 RU2580208 C1 RU 2580208C1 RU 2014150131/28 A RU2014150131/28 A RU 2014150131/28A RU 2014150131 A RU2014150131 A RU 2014150131A RU 2580208 C1 RU2580208 C1 RU 2580208C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
angle
air
ionic
aerodynamic
Prior art date
Application number
RU2014150131/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Михайлович Солдаткин
Фарид Ахатович Ганеев
Елена Сергеевна Солдаткина
Николай Николаевич Макаров
Валерий Петрович Деревянкин
Дмитрий Львович Крылов
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Открытое акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ", Открытое акционерное общество "Ульяновское конструкторское бюро приборостроения" filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ"
Priority to RU2014150131/28A priority Critical patent/RU2580208C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2580208C1 publication Critical patent/RU2580208C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring equipment.
SUBSTANCE: device comprises a generator of ion labels, channel recording ion labels in the form of a system of receiving electrodes arranged in circle with center at the point of generation of ion labels, and unit of preamplifiers, measuring circuit in the form of a channel for determining work sector, which is rough reading channel, channel for accurate measurement of angle in the working sector and true air speed channel connected to the input of computing device, whose outputs are digital outputs intended for aerodynamic angle and true air speed. On the metal plate-mask of system of receiving electrodes there is a hole, i.e. receiver of static pressure of incoming air flow, which is connected by pneumatic channel to the input of absolute pressure sensor which output is connected to the input of computing device. Computing device is made in the form of a computer realising both algorithms for determination of aerodynamic angle and true air speed and algorithms for determination of other altitude-speed parameters of motion relative to ambient air medium according to the equations:
Figure 00000021
Figure 00000022
Figure 00000026
where i - is the number of work sector of rough channel containing an ion label; αo - angle covering work sector of the rough reading channel intended for aerodynamic angle (when
Figure 00000024
αo = 90°); Asinαi and Acosαi - values of sinusoidal and co-sinusoidal signals recorded by channel of the precise angle reading in the i-th sector; R - is distance from the point of generation of ion labels to the circle with receiving electrodes; τν -period of time the ion label travels the distance from the point of generation of ion labels to the circle with receiving electrodes; α and (V)B, h, ρH, Vpr, m is determined by altitude-speed parameters; P0 = 101,325 Pa = 760 mmHg and T0 = 288.15 K is the average absolute pressure and the average absolute temperature of standard atmosphere at H = 0; τ = 0.0065 K/m is a temperature gradient, determining change in absolute temperature TH at change of height H; R = 29.27125 m/K is a gas constant; k = 1.4 is an adiabat index air; ρ0 = 0.125 kgf2/m4 - mass density of air at the height h = 0.
EFFECT: invention relates to devices for measuring value (module) and direction angle (aerodynamic angle) of true air speed vector, as well as other aircraft altitude and speed parameters, determining movement relative to ambient air.
1 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к области измерений параметров подвижного объекта, в частности к устройствам для измерения величины (модуля), угла направления (аэродинамического угла) вектора скорости и других параметров движения подвижного объекта относительно окружающей воздушной среды, и может быть использовано в качестве датчика аэродинамического угла (угла атаки или скольжения), истинной воздушной скорости и других высотно-скоростных параметров летательного аппарата, в частности самолета.The invention relates to the field of measuring the parameters of a moving object, in particular to devices for measuring the magnitude (module), direction angle (aerodynamic angle) of the velocity vector and other motion parameters of the moving object relative to the surrounding air environment, and can be used as a sensor of the aerodynamic angle (angle attack or glide), true airspeed and other altitude and speed parameters of an aircraft, in particular an airplane.

Известны устройства для измерения величины и угла направления вектора скорости газового (воздушного) потока, реализующие аэродинамический метод (способ) измерения (Петунии А.Н. Методы и техника измерений параметров газового потока (приемники давления и скоростного напора). - М.: Машиностроение, 1972. - 332 с. - [1]; Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения. Методы и приборы. - М.: Наука, 1964. - 636 с. - [2]).Known devices for measuring the magnitude and angle of direction of the velocity vector of a gas (air) flow, implementing the aerodynamic method (method) of measurement (Petuni AN Methods and techniques for measuring gas flow parameters (pressure and velocity pressure receivers). - M.: Engineering, 1972. - 332 pp. - [1]; Gorlin S.M., Slezinger I.I. Aeromechanical Measurements. Methods and Instruments. - M.: Nauka, 1964. - 636 pp. - [2]).

В таких устройствах в контролируемый набегающий воздушный поток вносится приемник давлений, например, в виде сферического тела с цилиндрическим основанием, который воспринимает полное и статическое давления набегающего воздушного потока, по которым определяется величина (модуль) вектора скорости набегающего воздушного потока. Этот же приемник воспринимает давления, несущие информацию об угловом положении вектора скорости набегающего воздушного потока относительно осей приемника, по которым определяются углы направления вектора скорости набегающего воздушного потока.In such devices, a pressure receiver is introduced into the controlled incoming air flow, for example, in the form of a spherical body with a cylindrical base, which senses the full and static pressure of the incoming air flow, which determines the magnitude (module) of the velocity vector of the incoming air flow. The same receiver perceives pressures that carry information about the angular position of the air velocity vector relative to the axes of the receiver, which determine the angles of direction of the air velocity vector.

Применение таких устройств для измерения величины (модуля) и аэродинамического угла (угла атаки и скольжения) вектора истинной воздушной скорости летательного аппарата, в частности самолета, связано с необходимостью вынесения приемников давлений за пределы пограничного слоя летательного аппарата, что неизбежно приводит к нарушению аэродинамики летательного аппарата, усложнению конструкции датчика аэродинамического угла и воздушной скорости. При этом изменение состояния окружающей воздушной среды (плотности, температуры, атмосферного давления, влажности, загрязнений и т.п.) приводит к появлению дополнительных погрешностей измерения, снижают надежность работы датчика.The use of such devices for measuring the magnitude (module) and aerodynamic angle (angle of attack and slip) of the true airspeed vector of an aircraft, in particular an aircraft, is associated with the need to move pressure receivers beyond the boundary layer of the aircraft, which inevitably leads to a violation of the aerodynamics of the aircraft complicating the design of the aerodynamic angle sensor and airspeed. In this case, a change in the state of the surrounding air environment (density, temperature, atmospheric pressure, humidity, pollution, etc.) leads to the appearance of additional measurement errors, reduce the reliability of the sensor.

Известны устройства для измерения величины и угла направления вектора истинной воздушной скорости подвижного объекта, реализующие кинематический метод измерения, при котором в набегающий воздушный поток вносится метка и с помощью регистраторов контролируется скорость и направление (траектория) движения метки совместно с потоком (Патент США №2872609, кл. 73-180. - 1959 - [3]; Заявка Японии №49-622, G01C 17/26. - 1972. - [4]).Known devices for measuring the magnitude and angle of direction of the vector of true airspeed of a moving object that implement a kinematic measurement method in which a mark is introduced into the incoming air stream and the speed and direction (trajectory) of the mark along with the stream are controlled by registrars (US Patent No. 2872609, CL 73-180. - 1959 - [3]; Application of Japan No. 49-622, G01C 17/26. - 1972. - [4]).

Известно устройство для измерения параметров подвижного объекта (Авторское свидетельство №735065, СССР, G01C 21/12, 1980 - [5]), которое содержит источник излучения (метки) в виде генератора ионов, систему приемников ионной метки, выполненную в виде кодовой маски, размещенной на обшивке подвижного объекта, схему регистрации траектории движения ионной метки и измерительную схему формирования выходного сигнала по измеряемому углу направления вектора воздушной скорости (угла атаки или скольжения) подвижного объекта.A device for measuring the parameters of a moving object (Author's certificate No. 735065, USSR, G01C 21/12, 1980 - [5]), which contains a radiation source (tag) in the form of an ion generator, an ion tag receiver system, made in the form of a code mask, placed on the skin of a moving object, the registration scheme of the trajectory of the ionic mark and the measuring circuit for generating the output signal from the measured angle of the direction of the airspeed vector (angle of attack or slip) of the moving object.

Генератор ионных меток, выполненный в виде источника импульсного высоковольтного напряжения, выдает импульс, который подается на разрядник. За счет искрового разряда разрядника образуется ионизированная область - ионная метка с явно выраженным электростатическим зарядом определенной полярности. Заряженная ионная метка перемещается совместно с набегающим воздушным потоком и приобретает его параметры движения - скорость и направление относительно системы приемных электродов. При перемещении ионной метки совместно с воздушным потоком по направлению его движения траектория ионной метки пересекает приемные электроды кодовой маски, которые лежат на пути ее движения, наводя (индуцируя) на них электростатические заряды, комбинация которых образует определенный код, соответствующий углу направления траектории метки, т.е. углу направления вектора воздушной скорости подвижного объекта. Наведенные электростатические заряды фиксируются регистраторами, связанными с приемными электродами. Выходные сигналы регистраторов поступают в измерительную схему формирования выходных сигналов, которые после расшифровки (дешифрации) комбинации сигналов регистраторов ионных меток выдает выходной сигнал, пропорциональный углу направления вектора истинной воздушной скорости подвижного объекта, который поступает на индикатор к другим потребителям.The ion tag generator, made in the form of a source of pulsed high-voltage voltage, generates a pulse that is supplied to the spark gap. Due to the spark discharge of the spark gap, an ionized region is formed - an ionic mark with a pronounced electrostatic charge of a certain polarity. A charged ionic tag moves together with the incoming air flow and acquires its motion parameters - speed and direction relative to the receiving electrode system. When moving an ionic tag along with the air flow in the direction of its movement, the path of the ionic tag crosses the receiving electrodes of the code mask, which lie in the path of its movement, inducing (inducing) electrostatic charges on them, the combination of which forms a certain code corresponding to the angle of the direction of the mark path, t .e. the corner of the direction of the airspeed vector of the moving object. Induced electrostatic charges are recorded by recorders associated with the receiving electrodes. The output signals of the registrars go to the measuring circuit for generating the output signals, which after decryption (decryption) of the combination of signals from the registrars of ionic tags produces an output signal proportional to the angle of the direction of the true airspeed vector of the moving object, which is sent to the indicator by other consumers.

За прототип взят меточный датчик аэродинамического угла и воздушной скорости, в котором одновременно измеряется аэродинамический угол и истинная воздушная скорость, которые определяются с помощью системы приемных электродов, расположенных на одинаковом расстоянии по окружности с центром в точке генерации ионной метки. При этом измерительная схема формирования выходных сигналов выполнена в виде канала измерения истинной воздушной скорости, канала определения рабочего сектора измеряемого угла, являющегося каналом грубого отсчета, и канала точного измерения угла в рабочем секторе, подключенных ко входу вычислительного устройства, выходы которого являются цифровыми кодами по измеряемому аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости (Патент РФ на изобретение №2445634, МПК G01P 5/14. Меточный датчик аэродинамического угла и воздушной скорости / Ганеев Ф.А., Солдаткин В.М., Уразбахтин И.Р., Макаров Н.Н., Кожевников В.И. Заявл. 05.05.2010, №201018253/28. Опубл. 20.03.2012. Бюл. №8 - [6]).The prototype is a label sensor of the aerodynamic angle and airspeed, which simultaneously measures the aerodynamic angle and true airspeed, which are determined using a system of receiving electrodes located at the same distance around the center of the center at the point of generation of the ionic mark. In this case, the measuring circuit for generating the output signals is made in the form of a channel for measuring true airspeed, a channel for determining the working sector of the measured angle, which is a rough reference channel, and a channel for accurately measuring the angle in the working sector, connected to the input of the computing device, the outputs of which are digital codes for the measured aerodynamic angle and true air speed (RF Patent for the invention No. 2445634, IPC G01P 5/14. Mark sensor aerodynamic angle and air speed / Ganeev .A., Soldatkin V.M., Urazbakhtin I.R., Makarov N.N., Kozhevnikov V.I. Declaration of 05.05.2010, No. 20108253 / 28. Publish. March 20, 2012. Bull. No. 8 - [ 6]).

На фиг. 1 показана функциональная схема устройства-прототипа. На фиг. 2 показана конструктивная схема системы приемных электродов, на фиг. 3 показан принцип формирования синусоидального и косинусоидального информативных сигналов с помощью системы расположенных по окружности дискретных приемных электродов.In FIG. 1 shows a functional diagram of a prototype device. In FIG. 2 shows a structural diagram of a system of receiving electrodes; FIG. Figure 3 shows the principle of the formation of sinusoidal and cosine informative signals using a system of discrete receiving electrodes located around the circumference.

Функциональная схема устройства-прототипа (фиг. 1) содержит систему приемных электродов 1 в виде круглых металлических пластин, расположенных на одинаковом расстоянии по окружности радиусом R с центром в точке 0 генерации ионной метки. Приемные электроды соединены со входами предварительных усилителей канала регистрации ионы меток, расположенных в блоке предварительных усилителей БПУ. Приемные электроды выполнены совместно с предварительными усилителями в виде автономных модулей, расположенных в БПУ, и образуют канал регистрации ионных меток. Выводы блока предварительных усилителей подключены ко входу канала точного измерения угла (канал точного измерения аэродинамического угла), ко входу канала измерения воздушной скорости и ко входу канала определения рабочего сектора измеряемого аэродинамического угла (канал грубого отсчета). Выходы всех указанных каналов подключены ко входу вычислительного устройства ВУ, выходы которого являются цифровыми кодами по аэродинамическому углу Nα и воздушной скорости Nν.Functional diagram of the prototype device (Fig. 1) contains a system of receiving electrodes 1 in the form of round metal plates located at the same distance along a circle of radius R centered at point 0 of the generation of the ionic mark. The receiving electrodes are connected to the inputs of the recording channel pre-amplifiers of the label ions located in the pre-amplifier block of the control unit. The receiving electrodes are made together with pre-amplifiers in the form of autonomous modules located in the control room, and form a channel for recording ionic marks. The conclusions of the block of preliminary amplifiers are connected to the input of the channel for accurate measurement of the angle (channel for accurate measurement of the aerodynamic angle), to the input of the channel for measuring air velocity and to the input of the channel for determining the working sector of the measured aerodynamic angle (coarse channel). The outputs of all these channels are connected to the input of the WU computing device, the outputs of which are digital codes for the aerodynamic angle N α and air speed N ν .

На выходе вычислительного устройства ВУ также формируется выходной сигнал Fгм, который является управляющим входом генератора меток ГМ и задает частоту генерации ионных меток и начало цикла измерения аэродинамического угла и воздушной скорости.At the output of the WU computing device, an output signal F gm is also generated, which is the control input of the GM mark generator and sets the frequency of the generation of ion marks and the start of the measurement cycle of the aerodynamic angle and air speed.

Система приемных электродов выполнена на основе металлической маски (фиг. 2), которая представляет собой тонкую металлическую пластину 3, на которой имеются отверстия 4, расположенные на одинаковом расстоянии l по окружности радиусом R. Под маской 3 находится диэлектрическая плата 5 с приемными электродами 6. Электроды 6 располагаются непосредственно под отверстиями 4 металлической маски 3.The system of receiving electrodes is based on a metal mask (Fig. 2), which is a thin metal plate 3 on which there are holes 4 located at the same distance l around a circle of radius R. Under the mask 3 is a dielectric board 5 with receiving electrodes 6. The electrodes 6 are located directly under the holes 4 of the metal mask 3.

Данная конструкция системы приемных электродов является достаточно простой для реализации и позволяет обеспечить высокую точность формирования синусоидальных и косинусоидальных угловых характеристик информативных сигналов приемных электродов (фиг. 3). Форма угловой характеристики многоэлементной электродной системы определяется формой характеристики отдельного дискретного приемного электрода, взаимным расположением электродов и схемой подключения их к предварительным усилителям канала регистрации ионных меток.This design of the receiving electrode system is quite simple to implement and allows for high accuracy of the formation of sinusoidal and cosine angular characteristics of the informative signals of the receiving electrodes (Fig. 3). The shape of the angular characteristic of a multi-element electrode system is determined by the shape of the characteristic of a separate discrete receiving electrode, the relative position of the electrodes and their connection to the preamplifiers of the channel for recording ionic marks.

Меточный датчик аэродинамического угла и воздушной скорости работает следующим образом.Mark sensor aerodynamic angle and airspeed works as follows.

Меточный датчик аэродинамических углов и воздушной скорости устанавливается на летательном аппарате таким образом, чтобы система приемных электродов 1 (фиг. 1) находилась в плоскости изменения аэродинамического угла α вектора V н ¯ = V ¯

Figure 00000001
воздушной скорости. Цикл измерения начинается с подачи с выхода вычислительного устройства ВУ сигнала Fгм. В соответствии с сигналом Fгм генератор метки ГМ выдает импульс высоковольтного напряжения на разрядник 2, установленный в точке 0 генерации ионной метки. За счет искрового разряда разрядника в точке 0 образуется ионизированная область - ионная метка с явно выраженным электростатическим зарядом qм. Заряженная ионная метка перемещается совместно с набегающим воздушным потоком и приобретает его параметры движения - скорость V и направление α относительно оси симметрии системы приемных электродов 1. При перемещении ионной метки совместно с набегающим воздушным потоком заряженная ионная метка пролетает вблизи приемных электродов и наводит (индуцирует) на них электрические заряды, величина которых зависит от расстояния ионной метки от приемного электрода и углового положения α траектории движения ионной метки.A label sensor of aerodynamic angles and airspeed is installed on the aircraft so that the system of receiving electrodes 1 (Fig. 1) is in the plane of change of the aerodynamic angle α of the vector V n ¯ = - V ¯
Figure 00000001
airspeed. The measurement cycle begins with the submission from the output of the computing device WU signal F gm . In accordance with the signal F gm, the GM tag generator generates a high-voltage voltage pulse to a spark gap 2 installed at point 0 of generation of the ion tag. Due to the spark discharge of the spark gap at point 0, an ionized region is formed - an ionic mark with a pronounced electrostatic charge q m . A charged ionic tag moves together with the incoming air flow and acquires its motion parameters — velocity V and direction α relative to the axis of symmetry of the receiving electrode system 1. When the ionic tag moves together with the incoming air flow, the charged ionic tag flies near the receiving electrodes and induces (induces) These are electric charges, the magnitude of which depends on the distance of the ionic mark from the receiving electrode and the angular position α of the trajectory of the ionic mark.

За счет выбора конструктивных параметров системы приемных электродов (фиг. 2) с помощью приемных электродов формируются положительные и отрицательные полуволны синусоидальных угловых характеристик информативных сигналов U(α) (фиг. 3) на выходе четных предварительных усилителей.By choosing the design parameters of the receiving electrode system (Fig. 2), positive and negative half-waves of the sinusoidal angular characteristics of the informative signals U (α) (Fig. 3) at the output of even preamplifiers are formed using the receiving electrodes.

С помощью нечетных приемных электродов формируются положительные и отрицательные полуволны косинусоидальных угловых характеристик информативных сигналов U(α) на выходе нечетных предварительных усилителей.Using odd receiving electrodes, positive and negative half-waves of the cosine angular characteristics of the informative signals U (α) are generated at the output of the odd pre-amplifiers.

Выходные сигналы предварительных усилителей ПУ блока предварительных усилителей БПУ (фиг. 1) подаются на входы канала определения рабочего сектора (канал грубого отсчета) измеряемого аэродинамического угла, канала точного измерения угла в рабочем секторе и канала измерения воздушной скорости. Выходные сигналы указанных каналов подаются на входы вычислительного устройства ВУ, которое по результатам обработки входной информации выдает цифровые коды Nα, Nν по измеряемому аэродинамическому углу α и воздушной скорости VB.The output signals of the pre-amplifiers PU block pre-amplifiers BPU (Fig. 1) are fed to the inputs of the channel determining the working sector (coarse channel) of the measured aerodynamic angle, the channel for accurate measurement of the angle in the working sector and the channel for measuring airspeed. The output signals of these channels are fed to the inputs of the WU computing device, which, according to the results of processing the input information, produces digital codes N α , N ν from the measured aerodynamic angle α and air speed V B.

С учетом попадания траектории ионной метки в i-й грубый канал текущее значение измеряемого аэродинамического угла определяется какTaking into account the trajectory of the ionic mark in the ith rough channel, the current value of the measured aerodynamic angle is determined as

Figure 00000002
Figure 00000002

где αo - угол, охватывающий рабочий сектор грубого канала отсчета (при imax = 4, αo = 90°); i - номер рабочего сектора

Figure 00000003
where α o is the angle covering the working sector of the coarse reference channel (at i max = 4, α o = 90 °); i - work sector number
Figure 00000003

Сигналы, пропорциональные синусу Asinαi и косинусу Acosαi, измеряемого угла в рабочем секторе грубого канала обрабатываются в вычислительном устройстве, на выходе которого выдается цифровой код Nαm, связанный со значением αp измеряемого аэродинамического угла точного канала соотношениемSignals proportional to the sine of Asinα i and the cosine of Acosα i , of the measured angle in the working sector of the rough channel are processed in a computing device, the output of which is a digital code N αm associated with the value α p of the measured aerodynamic angle of the exact channel by the ratio

Figure 00000004
Figure 00000004

Где αi - текущее значение аэродинамического угла в пределах i-го рабочего сектора.Where α i is the current value of the aerodynamic angle within the i-th working sector.

При работе канала измерения истинной воздушной скорости формируется интервал времени τν пролета ионной метки расстояния R от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами. В соответствии с интервалом времени τν в вычислительном устройстве вырабатывается цифровой код Nν, пропорциональный величине истинной воздушной скоростиDuring the operation of the true airspeed measuring channel, a time interval τ ν of the passage of the ion mark of the distance R from the point of generation of the ion mark to the circle with the receiving electrodes is formed. In accordance with the time interval τ ν , a digital code N ν is generated in the computing device, which is proportional to the true airspeed

Figure 00000005
Figure 00000005

Цифровые коды Nα, Nν подаются на средства отображения информации к другим потребителям.Digital codes N α , N ν are served on the means of displaying information to other consumers.

Таким образом, меточный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости не имеет выступающих в набегающий воздушный поток аэрометрических приемников, нарушающих аэродинамику летательного аппарата.Thus, the marking sensor of the aerodynamic angle and true airspeed does not have aerodynamic receivers protruding into the incoming air flow, violating the aerodynamics of the aircraft.

В меточном датчике аэродинамического угла и воздушной скорости реализуется кинематический метод измерения величины (модуля) и угла направления вектора истинной воздушной скорости, при котором точность измерения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости не зависит от состояния окружающей среды (температуры, атмосферного давления, плотности, влажности и т.п.).The kinematic method of measuring the magnitude (module) and the direction angle of the true airspeed vector is implemented in the marking sensor of the aerodynamic angle and airspeed, at which the accuracy of measuring the aerodynamic angles and true airspeed does not depend on the state of the environment (temperature, atmospheric pressure, density, humidity, and etc.).

Выполнение системы приемных электродов в виде расположенных по окружности металлических пластин, установленных под отверстиями маски, позволяет сформировать логометрические информативные сигналы с синусоидальной и косинусоидальной угловыми характеристиками и обеспечить измерение аэродинамического угла во всем диапазоне его изменения, т.е. от 0 до 360° или ±180° без увеличения габаритных размеров системы приемных электродов. При этом конструктивное выполнение приемных электродов совместно с предварительными усилителями канала регистрации в виде автономных модулей позволяет существенно повысить помехоустойчивость канала регистрации ионных меток и увеличить разрешающую способность по аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости при малых габаритах системы приемных электродов.The implementation of the system of receiving electrodes in the form of metal plates arranged around the circumference, mounted under the holes of the mask, makes it possible to generate ratiometric informative signals with sinusoidal and cosine angular characteristics and to provide measurement of the aerodynamic angle in the entire range of its variation, i.e. from 0 to 360 ° or ± 180 ° without increasing the overall dimensions of the receiving electrode system. At the same time, the constructive implementation of the receiving electrodes together with the preliminary amplifiers of the recording channel in the form of autonomous modules can significantly increase the noise immunity of the channel for recording ionic marks and increase the resolution in terms of aerodynamic angle and true air speed with small dimensions of the receiving electrode system.

Выполнение измерительной схемы формирования выходных сигналов в виде канала определения рабочего сектора измеряемого угла, являющегося каналом грубого отсчета, и канала точного измерения угла в каждом из рабочих секторов, подключенных к вычислительному устройству, позволяет существенно повысить разрешающую способность по измеряемому аэродинамическому углу во всем диапазоне его изменения без увеличения числа приемных электродов и габаритных размеров системы приемных электродов.The implementation of the measuring circuit for generating the output signals in the form of a channel for determining the working sector of the measured angle, which is a coarse reference channel, and a channel for accurately measuring the angle in each of the working sectors connected to the computing device, can significantly increase the resolution of the measured aerodynamic angle in the entire range of its change without increasing the number of receiving electrodes and overall dimensions of the receiving electrode system.

Предложенное выполнение каналов определения рабочего сектора измеряемого угла и канала точного измерения аэродинамического угла внутри каждого рабочего сектора обеспечивает надежное определение рабочего сектора и точное измерение текущего значения угла внутри каждого рабочего сектора, что также позволяет повысить точность измерения в широком диапазоне изменения аэродинамического угла при одновременном изменении величины истинной воздушной скорости.The proposed implementation of the channels for determining the working sector of the measured angle and the channel for accurate measurement of the aerodynamic angle inside each working sector provides a reliable definition of the working sector and accurate measurement of the current value of the angle inside each working sector, which also improves the measurement accuracy in a wide range of changes in the aerodynamic angle while changing the value true airspeed.

Предложенное выполнение канала измерения истинной воздушной скорости позволяет с высокой точностью формировать интервал времени пролета ионной метки от точки генерации до окружности с приемными электродами при одновременном изменении аэродинамического угла, что повышает точность измерения воздушной скорости.The proposed implementation of the true airspeed measurement channel allows high accuracy to form the time interval of the flight of the ionic mark from the point of generation to the circle with the receiving electrodes while changing the aerodynamic angle, which increases the accuracy of measuring airspeed.

Однако устройство-прототип имеет ряд недостатков, связанных с ограниченными функциональными возможностями по определению других высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды. Это ограничивает применение меточного датчика на самолетах и других летательных аппаратах, в том числе беспилотных и дистанционно пилотируемых.However, the prototype device has several disadvantages associated with limited functionality to determine other altitude and speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the surrounding air. This limits the use of the tag sensor on airplanes and other aircraft, including unmanned and remotely piloted ones.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности применения меточного датчика:The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the efficiency of the use of a tag sensor:

1) расширении функциональных возможностей за счет одновременного измерения всех высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды;1) the expansion of functionality due to the simultaneous measurement of all altitude-speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the surrounding air environment;

2) измерении высотно-скоростных параметров движения летательного аппарата с помощью одного многофункционального датчика;2) measuring the altitude-speed parameters of the aircraft motion using one multifunctional sensor;

3) расширении функциональных возможностей одного многофункционального меточного датчика практически без усложнения его конструктивной схемы.3) expanding the functionality of one multifunctional tagging sensor without practically complicating its design scheme.

Технический результат достигается следующим образом.The technical result is achieved as follows.

В меточном датчике аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, содержащем генератор ионных меток, систему приемных электродов в виде круглых металлических пластин, расположенных на одинаковом расстоянии по окружности с центром в точке генерации ионной метки и установленных непосредственно под отверстиям, и закрепленной на диэлектрической плате металлической пластины-маски, канал регистрации ионных меток и измерительную схему формирования выходных сигналов в виде канала определения рабочего сектора измеряемого угла, являющегося каналом грубого отсчета, канала точного измерения угла и канала истинной воздушной скорости, подключенных ко входу вычислительного устройства, выходы которого являются цифровыми выходами по аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости, новым является то, что на металлической пластине-маске системы приемных электродов установлено отверстие-приемник для забора статического давления набегающего воздушного потока, которое пневмоканалом связано со входом датчика абсолютного давления (преимущественно с цифровым выходом), выход которого подключен ко входу вычислительного устройства, которое выполнено в виде вычислителя, реализующего как алгоритмы определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, так и алгоритмы определения других высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды - барометрической высоты, температуры наружного воздуха, плотности воздуха на данной высоте полета, приборной скорости и числа Маха, согласно уравнениям:In the aerodynamic angle and true airspeed marking sensor containing the ionic mark generator, a system of receiving electrodes in the form of round metal plates located at the same distance along the circumference with the center at the point of generation of the ionic mark and installed directly below the holes, and a metal plate fixed to the dielectric board masks, a channel for recording ionic marks and a measuring circuit for generating output signals in the form of a channel for determining the working sector of the measured angle, is which is connected with a coarse reference channel, an accurate angle measuring channel, and a true airspeed channel connected to the input of a computing device whose outputs are digital outputs along the aerodynamic angle and true airspeed, the new one is that a hole is installed on the metal plate mask of the receiving electrode system a receiver for capturing the static pressure of the incoming air flow, which is connected by a pneumatic channel to the input of the absolute pressure sensor (mainly with a digital output), the output of which is connected to the input of a computing device, which is made in the form of a calculator that implements both algorithms for determining the aerodynamic angle and true airspeed, and algorithms for determining other altitude-speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the surrounding air - barometric altitude, outdoor temperature , air density at a given flight altitude, instrument speed and Mach number, according to the equations:

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

где i - номер рабочего сектора грубого канала, в котором находится ионная метка; αo - угол, охватывающий рабочий сектор грубого канала отсчета аэродинамического угла (при

Figure 00000009
αo = 90°); Asinαi и Acosαi - значения синусоидального и косинусоидального информативных сигналов, регистрируемых каналом точного отсчета угла в i-м рабочем секторе; R - расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; τν - интервал времени пролета ионной метки расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; α и VB, Н, ρH, Vпр, М - определяемые высотно-скоростные параметры; Р0 = 101325 Па = 760 мм рт.ст. и T0 = 288,15 K - среднее абсолютное давление и средняя абсолютная температура стандартной атмосферы при H = 0; τ = 0,0065 K/м - температурный градиент, определяющий изменение абсолютной температуры воздуха TH при изменении высоты Н; R = 29,27125 м/K - газовая постоянная; k = 1,4 - показатель адиабаты воздуха; ρ0 = 0,125 кгс24 - массовая плотность воздуха на высоте H = 0.where i is the number of the working sector of the rough channel in which the ionic mark is located; α o is the angle covering the working sector of the rough channel of reference of the aerodynamic angle (when
Figure 00000009
α o = 90 °); Asinα i and Acosα i - values of the sinusoidal and cosine-informative signals recorded by the channel of the exact reference angle in the i-th working sector; R is the distance from the point of generation of the ionic mark to the circle with the receiving electrodes; τ ν is the time interval of the flight of the ionic mark of the distance from the point of generation of the ionic mark to the circle with the receiving electrodes; α and V B , N, ρ H , V CR , M - determined altitude and speed parameters; P 0 = 101325 Pa = 760 mm Hg and T 0 = 288.15 K is the average absolute pressure and the average absolute temperature of the standard atmosphere at H = 0; τ = 0.0065 K / m - the temperature gradient, which determines the change in the absolute air temperature T H with a change in height H; R = 29.27125 m / K - gas constant; k = 1.4 is the adiabatic index of air; ρ 0 = 0.125 kgf 2 / m 4 is the mass density of air at a height of H = 0.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 4.The invention is illustrated in FIG. four.

На фиг. 4 приведена функциональная схема меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с расширенными функциональными возможностями.In FIG. Figure 4 shows a functional diagram of a tagged aerodynamic angle and true airspeed sensor with advanced functionality.

Здесь: 1 - система приемных электродов ПЭ; 2 - разрядник, расположенный в точке 0 генерации ионной метки; ГМ - генератор меток; БПУ - блок предварительных усилителей канала регистрации ионных меток; ИС - измерительная схема, включающая канал определения рабочего сектора (канал грубого отсчета), канал точного измерения угла и канал измерения воздушной скорости; ВУ - вычислительное устройство; 7 - отверстие-приемник для забора статического давления; 8 - пневмоканал; ДАД - датчик абсолютного давления.Here: 1 - PE receiving electrode system; 2 - arrester located at point 0 of the generation of the ionic mark; GM - tag generator; BPU - block of preliminary amplifiers of the channel for registration of ionic tags; IP - measuring circuit, including a channel for determining the working sector (coarse channel), a channel for accurate angle measurement and a channel for measuring airspeed; VU - computing device; 7 - hole-receiver for collecting static pressure; 8 - pneumatic channel; DBP - absolute pressure sensor.

Функциональная схема меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с расширенными функциональными возможностями (фиг. 4) содержит систему 1 приемных электродов ПЭ в виде круглых металлических пластин, расположенных на одинаковом расстоянии по окружности радиусом R с центром в точке 0 генерации ионной метки, в которой установлен разрядник 2, подключенный к выходу генератора меток ГМ. Приемные электроды соединены со входами предварительных усилителей канала регистрации ионных меток, расположенных в блоке предварительных усилителей БПУ канала регистрации ионных меток. Выходы каналов измерительной схемы ИС подключены ко входу вычислительного устройства ВУ.Functional diagram of the tagged sensor of the aerodynamic angle and true airspeed with advanced functionality (Fig. 4) contains a system of 1 PE receiving electrodes in the form of round metal plates located at the same distance along a circle of radius R centered at point 0 of the generation of the ionic mark, in which Arrester 2 is installed, connected to the output of the GM tag generator. The receiving electrodes are connected to the inputs of the preliminary amplifiers of the channel for recording ionic tags located in the block of preliminary amplifiers of the BPU of the channel for recording ionic tags. The outputs of the channels of the measuring circuit IC are connected to the input of the computing device WU.

Для расширения функциональных возможностей меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости и обеспечения измерения других высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно определяющей воздушной среды (барометрической высоты H, температуры TH наружного воздуха на высоте полета Н, плотности воздуха ρH на высоте Н, приборной скорости Vпр, числа Маха М и других связанных с ними параметров), на металлической пластине-маске системы приемных электродов 1 установлено отверстие-приемник 7 для забора статического давления PH набегающего воздушного потока, которое пневмоканалом 8 связано со входом датчика абсолютного давления ДАД, например цифрового, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства ВУ. Вычислительное устройство ВУ выполнено в виде вычислителя, реализующего как алгоритмы определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, так и алгоритмы определения других высотно-скоростных параметров движения летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды, в том числе:To expand the functionality of the marking sensor of the aerodynamic angle and true airspeed and to measure other altitude and speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the determining air environment (barometric height H, temperature T H outside air at flight height H, air density ρ H at height N, the instrument speed V CR , Mach numbers M and other related parameters), a hole-pr is installed on the metal mask plate of the receiving electrode system 1 receiver 7 for intake of static pressure P H of the incoming air flow, which pneumatic channel 8 is connected to the input of the absolute pressure sensor DBP, for example, digital, the output of which is connected to the input of the computing device WU. The WU computing device is designed as a calculator that implements both algorithms for determining the aerodynamic angle and true airspeed, and algorithms for determining other altitude and speed parameters of the aircraft’s motion relative to the surrounding air, including:

1. По воспринимаемому статическому давлению PH набегающего воздушного потока в соответствии со стандартными зависимостями, соответствующими ГОСТ 4401-81 (ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. - М.: Изд-во Стандартов. - 1981. - 179 с. - [7]) абсолютная высота полета в диапазоне [-2000 м<H<11000 м] определяется по формуле1. According to the perceived static pressure P H of the incoming air flow in accordance with standard dependencies corresponding to GOST 4401-81 (GOST 4401-81. The atmosphere is standard. Parameters. - M .: Publishing House of Standards. - 1981. - 179 p. - [7]) the absolute flight altitude in the range [-2000 m <H <11000 m] is determined by the formula

Figure 00000010
Figure 00000010

2. Используя ГОСТ 5212-74 (ГОСТ 5212-74. Таблица аэродинамическая. Динамическое давление и температура торможения воздуха для скорости полета от 10 до 4000 км/ч. Параметры. - М.: Изд-во Стандартов. - 1974. - 239 с. - [8]), истинную воздушную скорость VB, измеренную меточным датчиком, можно представить в виде2. Using GOST 5212-74 (GOST 5212-74. Aerodynamic table. Dynamic air pressure and braking temperature for a flight speed of 10 to 4000 km / h. Parameters. - M .: Publishing House of Standards. - 1974. - 239 s. . - [8]), the true air speed V B measured by the notch sensor can be represented as

Figure 00000011
Figure 00000011

где g = 9,80665 м/с2 - ускорение силы тяжести; РП = РН + Рдин - полное давление набегающего воздушного потока;

Figure 00000012
- динамическое давление (скоростной напор) набегающего воздушного потока.where g = 9.80665 m / s 2 is the acceleration of gravity; P P = P N + P din - full pressure of the oncoming air flow;
Figure 00000012
- dynamic pressure (velocity head) of the incoming air flow.

3. Подставив в выражение (6) значения параметров VB и PH, измеряемых вихревым датчиком, получим соотношение вида3. Substituting into expression (6) the values of the parameters V B and P H measured by the vortex sensor, we obtain a relation of the form

Figure 00000013
Figure 00000013

которое устанавливает неявную, но однозначную связь измеряемой вихревым датчиком истинной воздушной скорости VB с абсолютной температурой TH на высоте Н.which establishes an implicit but unambiguous relationship of the true air speed V B measured by the vortex sensor with the absolute temperature T H at the height N.

4. Определяя из соотношения (7) абсолютную температуру TH, можно определить плотность воздуха ρH на высоте Н.4. Determining the absolute temperature T H from relation (7), one can determine the air density ρ H at a height of N.

Плотность воздуха ρH на высоте Н можно представить (Залманзон Л.А. Проточные элементы пневматических приборов контроля и управления. - М.: Изд-во АН СССР. - 1961. - 249 с. - [9]) какThe air density ρ H at a height of H can be represented (L. Zalmanzon. Flowing elements of pneumatic control and control devices. - M.: Publishing House of the USSR Academy of Sciences. - 1961. - 249 p. - [9]) as

Figure 00000014
Figure 00000014

где ρ0 = 0,125 кгс24 - массовая плотность воздуха на высоте Н = 0.where ρ 0 = 0.125 kgf 2 / m 4 is the mass density of air at a height of H = 0.

5. Тогда в соответствии с ГОСТ 5212-74 [8] можно определить (вычислить) приборную скорость полета, т.е. истинную воздушную скорость VB, приведенную к нормальным условиям на уровне Н = 0, по формуле5. Then, in accordance with GOST 5212-74 [8], it is possible to determine (calculate) the instrumental flight speed, i.e. true air speed V B , reduced to normal conditions at the level of H = 0, according to the formula

Figure 00000015
Figure 00000015

6. Число Маха М, характеризующее отношение истинной воздушной скорости VB к скорости звука

Figure 00000016
на высоте Н, например, для дозвуковых скоростей полета будет определяться уравнением6. Mach number M, characterizing the ratio of the true air speed V B to the speed of sound
Figure 00000016
at a height H, for example, for subsonic flight speeds will be determined by the equation

Figure 00000017
Figure 00000017

Таким образом, измеряя с помощью меточного датчика аэродинамический угол α и истинную воздушную скорость VB, используя абсолютное статическое давление PH набегающего воздушного потока, воспринимаемое отверстием-приемником, установленным на металлической плате-маске системы приемных электродов, по зависимостям (5)-(10) в вычислителе меточного датчика определяются все высотно-скоростные параметры движения летательного аппарата относительно окружающей среды, существенно расширяя функциональные возможности меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости.Thus, measuring the aerodynamic angle α and the true air speed V B using a marking sensor, using the absolute static pressure P H of the incoming air flow, perceived by the receiver hole mounted on the metal plate of the receiving electrode system, according to the dependences (5) - ( 10) in the calculator of the mark sensor, all altitude-speed parameters of the aircraft’s motion relative to the environment are determined, significantly expanding the functionality of the mark sensor with aerodynamics eskogo angle and true airspeed.

Меточный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости устанавливается на летательном аппарате таким образом, чтобы базовая ось системы приемных электродов, соответствующая нулевому аэродинамическому углу, совпадала с направлением продольной оси летательного аппарата, а плоскость расположения приемных электродов находилась в плоскости изменения измеряемого аэродинамического угла.A marking sensor of the aerodynamic angle and true airspeed is installed on the aircraft in such a way that the base axis of the receiving electrode system, corresponding to the zero aerodynamic angle, coincides with the direction of the longitudinal axis of the aircraft, and the plane of the receiving electrodes is in the plane of change of the measured aerodynamic angle.

При работе меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости изменение аэродинамического угла α вызывает отклонение траектории движения генерируемой разрядником в точке 0 ионной метки, обладающей электростатическим зарядом qм. Заряженная ионная метка перемещается совместно с набегающим воздушным потоком, пролетает вблизи приемных электродов и наводит (индуцирует) на них электрические заряды, величина которых зависит от расстояния ионной метки до приемного электрода и углового положения α траектории движения ионной метки. С помощью приемных электродов формируются положительные и отрицательные полуволны синусоидальных и косинусоидальных угловых характеристик информативных сигналов U(α) на выходах соответствующих предварительных усилителей БПУ. Выходные сигналы U(α) блока предварительных усилителей БПУ (фиг. 4) подаются на входы измерительной схемы ИС, в каналах которого формируются сигналы, определяющие рабочий сектор i канала грубого отсчета и точное значение αp измеряемого угла в рабочем секторе, и интервал времени τν пролета ионной меткой расстояния R от точки 0 генерации ионной метки до окружности с приемными электродами ПЭ. Выходные сигналы каналов измерительной схемы поступают на входы вычислительного устройства ВУ.During the operation of the aerodynamic angle and true airspeed mark sensor, a change in the aerodynamic angle α causes a deviation of the trajectory of motion generated by the arrester at point 0 of the ionic mark having an electrostatic charge q m . A charged ionic tag moves together with the incoming air flow, flies near the receiving electrodes and induces (induces) electric charges on them, the magnitude of which depends on the distance of the ionic tag to the receiving electrode and the angular position α of the ionic path. Using the receiving electrodes, positive and negative half-waves of sinusoidal and cosine angular characteristics of the informative signals U (α) are formed at the outputs of the corresponding pre-amplifiers of the control panel. The output signals U (α) of the pre-amplifier unit of the control amplifier (Fig. 4) are fed to the inputs of the measuring circuit of the IC, in the channels of which signals are generated that determine the working sector i of the coarse reference channel and the exact value α p of the measured angle in the working sector, and the time interval τ ν span of the ionic distance R from the point 0 of the generation of the ionic mark to the circle with the receiving electrodes of the PE. The output signals of the channels of the measuring circuit are fed to the inputs of the computing device WU.

Отверстие-приемник 7 воспринимает абсолютное статическое давление PH, которое с помощью пневмопровода 8 поступает на вход датчика абсолютного давления ДАД, преимущественно с цифровым выходом. Выходной сигнал ДАД поступает на вход вычислительного устройства ВУ.The receiver hole 7 senses the absolute static pressure P H , which, with the help of the pneumatic line 8, is supplied to the input of the absolute pressure sensor DBP, mainly with a digital output. The output signal DBP goes to the input of the computing device WU.

Вычислительное устройство ВУ, выполненное в виде вычислителя, реализует алгоритмы определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, согласно уравнениям (1), (2) и (3) и выдает выходные кодовые сигналы по аэродинамическому углу α и истинной воздушной скорости VB летательного аппарата. Согласно уравнениям (5), (7), (8), (9), (10) вычислитель определяет и выдает кодовые сигналы по барометрической высоте Н, абсолютной температуре наружного воздуха TH на высоте полета Н, плотности воздуха ρH на высоте Н, приборной скорости Vпр, числу Маха М, существенно расширяя функциональные возможности и область применения такого интегрированного многофункционального меточного датчика высотно-скоростных параметров (воздушных сигналов) летательного аппарата.The WU computing device, made in the form of a computer, implements algorithms for determining the aerodynamic angle and true airspeed, according to equations (1), (2) and (3), and generates output code signals from the aerodynamic angle α and the true airspeed V B of the aircraft. According to equations (5), (7), (8), (9), (10), the calculator determines and generates code signals according to the barometric height H, the absolute outdoor temperature T H at the flight altitude H, and the air density ρ H at the height H , instrument speed V CR , Mach number M, significantly expanding the functionality and scope of such an integrated multifunctional mark sensor altitude-speed parameters (air signals) of the aircraft.

Таким образом, по сравнению с известными датчиками аэродинамического угла и истинной воздушной скорости меточный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости с расширенными функциональными возможностями имеет ряд существенных преимуществ:Thus, in comparison with the known aerodynamic angle and true airspeed sensors, the marking aerodynamic angle and true airspeed sensors with advanced functionality have a number of significant advantages:

1. Обеспечивает одновременное измерение всех высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды, т.е. является многофункциональным датчиком воздушных сигналов.1. Provides simultaneous measurement of all altitude-speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the surrounding air environment, ie It is a multifunctional air signal sensor.

2. Измерение всех высотно-скоростных параметров движения летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды осуществляется с помощью одного неподвижного невыступающего приемника потока, не искажающего аэродинамику летательного аппарата и не влияющего на его аэродинамические характеристики.2. Measurement of all altitude-speed parameters of the aircraft’s motion relative to the surrounding air is carried out using one fixed non-protruding flow receiver that does not distort the aerodynamics of the aircraft and does not affect its aerodynamic characteristics.

3. Измерение всех высотно-скоростных параметров, т.е. расширение функциональных возможностей меточного датчика, обеспечивается без существенного усложнения его конструктивной схемы, а следовательно, повышения себестоимости его производства.3. Measurement of all altitude-speed parameters, ie the expansion of the functionality of the tag sensor is provided without significant complication of its design scheme, and therefore, increase the cost of its production.

4. Получение выходных сигналов меточного датчика по всем высотно-скоростным параметрам летательного аппарата в непосредственно цифровой форме упрощает их использование в современных системах цифрового отображения информации, системах управления и других технических системах.4. Obtaining the output signals of the marking sensor for all altitude and speed parameters of the aircraft in directly digital form simplifies their use in modern digital information display systems, control systems and other technical systems.

Следует отметить, что диапазон рабочих скоростей многофункционального меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости неограничен дозвуковыми скоростями полета.It should be noted that the range of operating speeds of the multifunctional marking sensor of the aerodynamic angle and true air speed is unlimited by subsonic flight speeds.

Применение многофункционального меточного датчика аэродинамического угла и истинной воздушной скорости на различных классах летательных аппаратах, в частности на самолетах и других летательных аппаратах, в том числе на беспилотных и дистанционно пилотируемых летательных аппаратах, а также на экранопланах, других транспортных средствах, позволяет расширить границу рабочих скоростей, повысить точность измерения высотно-скоростных параметров, улучшить качество пилотирования и эффективность решения тактико-технических задач полета.The use of a multifunctional marking sensor of the aerodynamic angle and true airspeed on various classes of aircraft, in particular on airplanes and other aircraft, including unmanned and remotely piloted aircraft, as well as on ekranoplanes and other vehicles, allows you to expand the boundary of operating speeds , improve the accuracy of measuring altitude and speed parameters, improve the quality of piloting and the effectiveness of solving the tactical and technical problems of flight.

Claims (1)

Меточный датчик аэродинамического угла и истинной воздушной скорости летательного аппарата, содержащий генератор ионных меток, канал регистрации ионных меток в виде системы приемных электродов, расположенных по окружности с центром в точке генерации ионных меток, и блока предварительных усилителей, измерительную схему в виде канала определения рабочего сектора, являющегося каналом грубого отсчета, канала точного измерения угла в рабочем секторе и канала истинной воздушной скорости, подключенных ко входу вычислительного устройства, выходы которого являются цифровыми выходами по аэродинамическому углу и истинной воздушной скорости, отличающийся тем, что на металлической пластине-маске системы приемных электродов установлено отверстие-приемник для забора статического давления набегающего воздушного потока, которое пневмоканалом связано со входом датчика абсолютного давления, выход которого подключен ко входу вычислительного устройства, которое выполнено в виде вычислителя, реализующего как алгоритмы определения аэродинамического угла и истинной воздушной скорости, так и алгоритмы определения других высотно-скоростных параметров, определяющих движение летательного аппарата относительно окружающей воздушной среды, - барометрической высоты, температуры наружного воздуха, плотности воздуха на данной высоте полета, приборной скорости и числа Маха, согласно уравнениям:
Figure 00000018

Figure 00000019

где i - номер рабочего сектора грубого канала, в котором находится ионная метка; α0 - угол, охватывающий рабочий сектор грубого канала отсчета аэродинамического угла (при i = 1,4 ¯
Figure 00000020
, α0=90°); Asinαi и Acosαi - значения синусоидального и косинусоидального информативных сигналов, регистрируемых каналом точного отсчета угла в i-м рабочем секторе; R - расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; τν - интервал времени пролета ионной метки расстояния от точки генерации ионной метки до окружности с приемными электродами; α и VB, Н, ρH, Vnp, М - определяемые высотно-скоростные параметры; Р0=101325 Па=760 мм рт.ст. и Т0=288,15 К - среднее абсолютное давление и средняя абсолютная температура стандартной атмосферы при H=0; τ=0,0065 К/м - температурный градиент, определяющий изменение абсолютной температуры воздуха TH при изменении высоты Н; R=29,21125 м/К - газовая постоянная; k=1,4 - показатель адиабаты воздуха; ρ0=0,125 кгм24 - массовая плотность воздуха на высоте Н=0.
Label sensor for the aerodynamic angle and true airspeed of the aircraft, containing an ionic tag generator, an ionic tag registration channel in the form of a system of receiving electrodes located in a circle centered at the ionic tag generation point, and a pre-amplifier unit, a measuring circuit in the form of a working sector determination channel being a coarse reference channel, an accurate angle measuring channel in the working sector, and a true airspeed channel connected to the input of a computing device, the outputs of which are digital outputs along the aerodynamic angle and true airspeed, characterized in that a receiving hole is installed on the metal mask plate of the receiving electrode system to collect the static pressure of the incoming air flow, which is connected via the pneumatic channel to the input of the absolute pressure sensor, the output of which is connected to the input of the computing device, which is made in the form of a computer that implements both the algorithms for determining the aerodynamic angle and the true air speed growth, as well as algorithms for determining other altitude-speed parameters that determine the movement of the aircraft relative to the surrounding air environment, such as barometric altitude, outdoor temperature, air density at a given flight altitude, instrument speed and Mach number, according to the equations:
Figure 00000018

Figure 00000019

where i is the number of the working sector of the rough channel in which the ionic mark is located; α 0 is the angle that covers the working sector of the rough reference channel of the aerodynamic angle (at i = 1.4 ¯
Figure 00000020
, α 0 = 90 °); Asinα i and Acosα i - values of the sinusoidal and cosine-informative signals recorded by the channel of the exact reference angle in the i-th working sector; R is the distance from the point of generation of the ionic mark to the circle with the receiving electrodes; τ ν is the time interval of the flight of the ionic mark distance from the point of generation of the ionic mark to the circle with the receiving electrodes; α and V B , Н, ρ H , V np , М - determined altitude-speed parameters; P 0 = 101325 Pa = 760 mm Hg and T 0 = 288.15 K — mean absolute pressure and mean absolute temperature of a standard atmosphere at H = 0; τ = 0.0065 K / m - the temperature gradient, which determines the change in the absolute air temperature T H with a change in height H; R = 29.21125 m / K - gas constant; k = 1.4 is the adiabatic index of air; ρ 0 = 0.125 kgm 2 / m 4 is the mass density of air at a height of H = 0.
RU2014150131/28A 2014-12-10 2014-12-10 Label sensor for aerodynamic angle and true air speed RU2580208C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150131/28A RU2580208C1 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Label sensor for aerodynamic angle and true air speed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014150131/28A RU2580208C1 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Label sensor for aerodynamic angle and true air speed

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2580208C1 true RU2580208C1 (en) 2016-04-10

Family

ID=55793947

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014150131/28A RU2580208C1 (en) 2014-12-10 2014-12-10 Label sensor for aerodynamic angle and true air speed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2580208C1 (en)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2341775C1 (en) * 2007-06-15 2008-12-20 Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" Method of determining aircraft aerodynamic angle
WO2010097329A1 (en) * 2009-02-25 2010-09-02 Commissariat A L`Energie Atomique Method for estimating the travelling speed of an aircraft
RU2445634C2 (en) * 2010-05-05 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Label sensor for aerodynamic angle and air speed

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2341775C1 (en) * 2007-06-15 2008-12-20 Открытое акционерное общество "ОКБ Сухого" Method of determining aircraft aerodynamic angle
WO2010097329A1 (en) * 2009-02-25 2010-09-02 Commissariat A L`Energie Atomique Method for estimating the travelling speed of an aircraft
RU2445634C2 (en) * 2010-05-05 2012-03-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Казанский государственный технический университет им. А.Н. Туполева Label sensor for aerodynamic angle and air speed

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Wildmann et al. Towards higher accuracy and better frequency response with standard multi-hole probes in turbulence measurement with remotely piloted aircraft (RPA)
CA2754397A1 (en) System for determining the airspeed of an aircraft
CN103471809A (en) Ultrahigh frequency response plasma flow measurement device
CN208536841U (en) The measuring device of UAV Attitude and flying height based on cross laser
Fernandes et al. Wind speed and direction measurement based on time of flight ultrasonic anemometer
CN103471590A (en) Motion inertia tracking system
RU155826U1 (en) METHOD SENSOR FOR AERODYNAMIC ANGLE AND TRUE AIR SPEED
JP4593347B2 (en) Rotating flying object
RU2580208C1 (en) Label sensor for aerodynamic angle and true air speed
Miyake et al. Airborne measurement of turbulent fluxes
RU2445634C2 (en) Label sensor for aerodynamic angle and air speed
RU155830U1 (en) METHOD SENSOR FOR AERODYNAMIC ANGLE AND TRUE AIR SPEED
RU2585126C1 (en) Label sensor for aerodynamic angle and true air speed
Giez et al. Static source error calibration of a nose boom mounted air data system on an atmospheric research aircraft using the trailing cone method
RU2587389C1 (en) Onboard system of measuring parameters of wind velocity vector at station, takeoff and landing helicopter
Cooley et al. Determination of Air Velocity by Ion Transit‐Time Measurements
RU127473U1 (en) VORTEX SENSOR OF AERODYNAMIC ANGLE AND TRUE AIR SPEED
CN103822768B (en) A kind of ultra-low-frequency horizontal is to the static equalising means of shaking table guide rail irregularity
RU99180U1 (en) METHOD SENSOR OF AERODYNAMIC ANGLE AND AIR SPEED
Lenschow et al. A three-aircraft intercomparison of two types of air motion measurement systems
CN114778887A (en) Unmanned aerial vehicle wind measurement method and device based on improved triangular vector model
RU2307358C1 (en) Helicopter air signal system
RU2737518C1 (en) Kinematic sensor of aerodynamic angle and true air speed
KR101972130B1 (en) Appartus and method for determine air mass flow rate of supersonic intake
RU2695964C1 (en) Helicopter air signals system

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181211