SU1789931A1

SU1789931A1 - Device for determination of characteristics of wind

Info

Publication number: SU1789931A1
Application number: SU904896229A
Authority: SU
Inventors: Nikolaj N Sukhikh
Original assignee: Akad Grazhdanskoj Aviatsii
Priority date: 1990-12-27
Filing date: 1990-12-27
Publication date: 1993-01-23

Description

Изобретение относится к бортовым авиационным средствам Метеорологического обеспечения пролетов, а именно к приборам для определения скорости ветра.The invention relates to airborne aircraft Meteorological support spans, and in particular to instruments for determining wind speed.

Известно устройство (система) быстрого обнаружения порывов ветра, содержащее вычитающее устройство скорости снижения и индикаторной скорости, дифференциатор, вйчйта^ицу'й· цепь углов наклона траектории, усилитель и компаратор.A device (system) for the rapid detection of wind gusts containing a subtracting device for the reduction speed and indicator speed, a differentiator, a variable, a chain of slope angles, an amplifier and a comparator.

Известно также устройство (система) обнаружения и НреДупреяГдения о порывах ветра, содержащее вычитающее устройство тяги и лобового сопротивления, блоки деления и умножения, устройство сравнения. фактического и потенциального углов наклона траектории. Недостатком известных устройств является то, что скорость ветра определяется только в момент попадания воздушного судна под действие данного ветра.Also known is a device (system) for detecting and NreDupreyGdeniya about gusts of wind containing a subtractive device for traction and drag, blocks of division and multiplication, a comparison device. actual and potential angles of trajectory. A disadvantage of the known devices is that the wind speed is determined only at the moment the aircraft falls under the influence of this wind.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является выбранное в качестве прототипа устройство (система) сигнализации появления ветрового сдвига, содержащее указатель, соёдиненный с вычислителем, входы которого связаны с задатчиком Высоты, задатчиком скорости ветра у земли, датчиком воздушной скорости и устройством счисления пути. Устройство предназначено для определения и возможного сравнения скорости ветра вблизи самолета й в точке посадки или взлета, т.е. у земли. Недостатком известного устройства является невозможность прогнозирования на борту ВС скорости ветра на любой заранее заданной высоте пограничного слоя атмосферы при посадке или взлете воздушного судна, когда скорость ветра у земли известна.The closest in technical essence to the claimed device is the selected device (system) for signaling the appearance of a wind shift, containing a pointer connected to a computer, the inputs of which are connected to the Altitude sensor, the wind speed sensor at the ground, the airspeed sensor and the dead reckoning device. The device is designed to determine and possibly compare the wind speed near the aircraft at the landing or take-off point, i.e. near the ground. A disadvantage of the known device is the impossibility of predicting wind speed on board the aircraft at any predetermined height of the atmospheric boundary layer during landing or take-off of an aircraft when the wind speed at the ground is known.

Цель изобретения - повышение информативности за счет обеспечения возможности прогнозирования скорости ветра на произвольных высотах пограничного слоя атмосферы с учетом сложившейся метеообстановки в конкретном аэропорту.The purpose of the invention is to increase the information content by providing the ability to predict wind speed at arbitrary heights of the atmospheric boundary layer, taking into account the prevailing meteorological situation at a particular airport.

Указанная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования скорости вегра. содержащее указател ь, соединенный с вычислителем, входы которого связаны с задатчиком высоты, задатчиком скорости ветра у земли, снабжено задатчиком условий посадки, состоящим из четырех задатчиков кодов, с помощью которых соответственно задаются код наименования аэропорта, код вертикального температурного градиента, код сезона и код времени суток, выходы которых соединены с блоками хранения параметра ветра, причем выход задатчика скорости ветра связан с аналого-цифровым преобразователем, выход которого соединен со входом одного из блоков хранения параметра ветра, при этом выходы блоков хранения связаны с блоком 5 выбора максимума, выход которого связан с цифроаналоговым преобразователем, соединенным с вычислителем,This goal is achieved by the fact that the device for predicting the speed of the veg. containing a pointer connected to a computer, the inputs of which are connected to a height sensor, a wind speed sensor near the ground, is equipped with a landing condition controller consisting of four code sensors, with which, respectively, the airport name code, vertical temperature gradient code, season code and code are set the time of day, the outputs of which are connected to the wind parameter storage units, the output of the wind speed setter being connected to an analog-to-digital converter, the output of which is connected to the input of one of the locks of the wind parameter storage, while the outputs of the storage units are connected to the maximum selection unit 5, the output of which is connected to a digital-to-analog converter connected to a computer,

На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для прогнозирования скорости вет10 ра; на фиг. 2-4 представлены графики значений параметра ветра, например, для аэропорта города Киев в зависимости от вертикального градиента температуры, времени суток (для холодного сезона) и скоро15 сти ветра у земли; на фиг.5 изображена ^; принципиальная схема указателя и его связь с вычислителем и задатчиком скорости ветра у земли.In FIG. 1 is a block diagram of a device for predicting wind speed; in FIG. Figures 2–4 show graphs of wind parameter values, for example, for the Kiev airport, depending on the vertical temperature gradient, time of day (for the cold season), and 15 wind speeds near the ground; figure 5 shows ^; Schematic diagram of the pointer and its connection with the calculator and the setter of wind speed near the ground.

Устройство для прогнозирования скоро20 сти ветра (фиг.1) содержит указатель скорости ветра у земли и на заданной высоте 1, вычислитель 2, задатчик высоты 3, задатчйк скорости ветра у земли 4, задатчик условий посадки 5, состоящий из задатчика кода на25 именования аэропорта 6, задатчика кода вертикального температурного градиента 7, задатчика кода сезона 8, задатчика кода времени суток 9. Выходы данных задатчиков соединены с блоком памяти 10, а имен30 но с его блоками хранения параметра ветра 11,12,13, связанными с блоком выбора максимума 14. Выход задатчика скорости ветра у земли 4 соединен с аналого-цифровым преобразователем 15. который связан с бло35 ком хранения 13. Выход блока выбора максимума 14 соединен с цифро-аналоговым преобразователем 16, связанным со входом вычислителя 2.A device for predicting wind speed (Fig. 1) contains a wind speed indicator at the ground and at a given height 1, a calculator 2, a height gauge 3, a wind speed gauge at the ground 4, a landing condition gauge 5, consisting of a code generator 25 for airport name 6 , a vertical temperature gradient code setter 7, a season 8 code setter, a day time code setter 9. The data outputs of the setters are connected to a memory unit 10, and specifically 30 to its wind parameter storage units 11,12,13, associated with a maximum selection block 14. Output setter and the wind speed near the ground 4 is connected to an analog-to-digital converter 15. which is connected to the storage unit 13. The output of the maximum selection unit 14 is connected to a digital-to-analog converter 16 connected to the input of the calculator 2.

Устройство работает следующим обра40 зом. Скорость ветра на высоте определяется (прогнозируется) в соответствии с формулой (1) .The device operates as follows. The wind speed at altitude is determined (predicted) in accordance with formula (1).

Vz = vio(~)^m, (1) где vio и v_z - скорости ветра на высотах 10 ' м и z метров соответственно; m - параметр ветра. Значение скорости ветра принимается в качестве скорости ветра у земли. Данное значение экипажа получает по УКВ 50 радиоканалу по линий связи земля-борт.Vz = vio (~) ^m , (1) where vio and v _z are wind speeds at altitudes of 10 'm and z meters, respectively; m is the wind parameter. The value of wind speed is taken as the wind speed at the ground. This crew value is received via VHF 50 radio channel via land-to-board communication lines.

Значения параметра ветра различны для каждого аэропорта, т.е. конкретного географического пункта. Применительно к конкретному аэропорту они определяются 55 следующей совокупностью параметров: вертикальный температурный градиент, сезон и время суток. Такое определение осуществляется в результате многолетних наблюдений и обработки соответствующего статистического материала. В качестве при мера на фиг. 2-4 показаны кривые значений параметра m для аэропорта г.Киев. Следует отметить, что только при задании всех перечисленных параметров, а именно наименования аэропорта, вертикального температурного градиента, сезона и времени суток, можно решать задачу по дальнейшей выборке m и прогнозированию скорости ветра. В соответствии с формулой (1) для прогнозирования на борту ВС скорости ветра v_z необходимо иметь значения νϊο, гит. Значение скорости ветра у земли, полученное экипажем по радиосвязи, задается на задатчике 4. Данный задатчик представляет собой кремельеру (см. фиг.5), поворот которой механически передается на стрелку указателя в виде напряжения из подается в вычислитель 2 и на аналого-цифровой преобразователь 15, с выхода которого выдается двоичный код, необходимый для формирования адреса параметра т, хранящегося в блоке 13. Требуемая высота, на которой необходимо иметь'прогностиче? ское значение скорости ветра, устанавливается экипажем с помощью задатчика 3. Конструкция данного задатчика аналогична задатчику 4, т,е. механический поворот кремальеры перемещает щетку потенциометра, и в вычислитель 2 подается напряжение, пропорциональное ζ. Для выбора значения параметра гл с учетом сложившейся метеобстановки в конкретном аэропорту на задатчике условий посадки 5 задаются с помощью задатчика 6 код наименования аэропорта, задатчика 7 - код вертикального температурного градиента (определяется экипажем на борту исходя из значения температуры воздуха у земли и на данной высоте), задатчика 8 - код сезона, задатчика 9 код времени суток. Задатчик кодов 6-9 представляют собой наборы тумблеров, каждый из которых имеет два положения, соответствующие двоичным значениям 0 или 1. Выходы задатчиков 6-9 связаны с соответствующими блоками хранения параметра ветра 11-13, причем выход задатчика 6 связан со всеми блоками хранения. Блоки 14-13 представляют собой постоянные запоминающие устройства (ПЗУ). Код адреса необходимого параметра т, поступающий в регистр адреса ПЗУ, формируется по методу относительной адресации, т.е. является составным из двух кодов, подаваемых по входам каждого ПЗУ. При этом код наименования аэропорта поступает на все блоки хранения^ Таким образом из каждого блока хранения выбирается одно необходимое значение т. Для обеспечения безопасности полета в расчете на худший случай с помощью блока выбора максимума 14 опреде ляется наибольшее т, которое поступает в вычислитель 2 для расчета в соответствии с формулой (1). Блок выбора максимума представляет собой схему, состоящую из трех сумматоров-вычитателей, с помощью которых осуществляется последовательное попарное сравнение четырех значений т. То есть на вход одного сумматора-вычитателя подается любая пара значений т, на вход другого - оставшаяся пара. Затем большие числа из каждой пары подаются на вход третьего сумматора-вычислителя, где и определяется итоговое максимальное значение. Код данного значения преобразуется с помощью цифроаналогового преобразователя в напряжение, подаваемое в вычислитель 2.'The wind parameter values are different for each airport, i.e. specific geographic location. In relation to a specific airport, they are determined 55 by the following set of parameters: vertical temperature gradient, season and time of day. Such a determination is carried out as a result of many years of observation and processing of relevant statistical material. As an example, in FIG. Figures 2-4 show curves of the values of the parameter m for the airport in Kiev. It should be noted that only if all of the above parameters are specified, namely, the name of the airport, vertical temperature gradient, season and time of day, it is possible to solve the problem of further sampling m and predicting wind speed. In accordance with formula (1), for predicting the wind speed v _z on board the aircraft, it is necessary to have the values νϊο, git. The value of the wind speed near the ground, received by the crew via radio, is set on the dial 4. This dial is a kremeler (see Fig. 5), the rotation of which is mechanically transmitted to the pointer arrow in the form of voltage from supplied to the calculator 2 and to the analog-to-digital converter 15, the output of which produces the binary code necessary to generate the address of the parameter m stored in block 13. The required height at which it is necessary to have predictability? The wind speed is set by the crew using the setter 3. The design of this setter is similar to setter 4, t, e. mechanical rotation of the cremallera moves the brush of the potentiometer, and a voltage proportional to ζ is applied to calculator 2. To select the value of the h parameter taking into account the prevailing meteorological situation at a specific airport, the airport name setting dial 5 sets the airport name code using dial 6 and the vertical temperature gradient code 7 (set by the crew on board based on the air temperature at the ground and at this altitude) , setter 8 - season code, setter 9 - time of day code. The code generator 6-9 is a set of toggle switches, each of which has two positions corresponding to binary values 0 or 1. The outputs of the sensors 6-9 are associated with the respective storage units of wind parameter 11-13, and the output of the controller 6 is connected with all storage units. Blocks 14-13 are read-only memory devices (ROM). The address code of the required parameter m entering the ROM address register is generated by the method of relative addressing, i.e. is a composite of two codes supplied at the inputs of each ROM. In this case, the airport name code is sent to all storage units ^ Thus, one required value of m is selected from each storage unit. To ensure flight safety, in the worst-case scenario, the maximum m is determined using the maximum selection unit 14, which goes to calculator 2 for calculation in accordance with the formula (1). The maximum selection block is a circuit consisting of three adders-subtractors, with the help of which a sequential pairwise comparison of four values of m is performed. That is, any pair of values of m is fed to the input of one adder-subtractor, and the remaining pair is input to the other. Then large numbers from each pair are fed to the input of the third adder-calculator, where the final maximum value is determined. The code of this value is converted using a digital-to-analog converter into the voltage supplied to the calculator 2. '

На фиг.5 представлена принципиальная схема указателя и показана его связь с вычислителем 2 и задатчиком скорости 4.Figure 5 presents a schematic diagram of a pointer and shows its relationship with the transmitter 2 and the speed controller 4.

Указатель представляет собой прибор, состоящий из двух каналов: канала отработки и индикации прогнозируемого значения скорости ветра ν_ζ и канала ввода скорости' ветра у земли ущ. Работа канала скорости ν_ζоснована на преобразовании электрического сигнала. пропорционального ν_ζ, в механическое перемещение стрелки отсчетного устройства указателя с помощью следящей системы, работающей по принципу самоуравновешивающегося моста. Электрический сигнал, пропорциональный скорости ν_ζ, поступает из вычислителя 2 в указатель в виде напряжения Ui. В указателе это напряжение сравнивается с напряжением U2, снимаемым с диагонали вг мостовой схемы. К диагонали аб этой мостовой схемы подводится опорное напряжение Uon. Напряжение, подаваемое на вход усилителя 17, равно разности напряжений Ui и U2, т.е. U_Bx=Ui-U2. В установившемся режиме напряжения Ui и U₂ равны, следовательно, U_Bx⁼0. В случае изменения на задатчике 3 требуемой высоты полета, вычислитель2 пересчитывает значение v_z и с выхода усилителя 17 на управляющую обмотку двигателя 18 поступает напряжение. Двигатель через редуктор 19 будет перемещать щетку потенциометра 20 в направлении выравнивания напряжения 1)гс напряжением Ui. Одновременно двигатель перемещает стрелку 21 отсчетного устройства 22. Ввод скорости νϊο осуществляется поворотом рукоятки 4, расположенной на лицевой стороне прибора. Поворот рукоятки через редуктор 23 передается на щетку потенциометра 24 и одновременно на стрелку 25. С потенциометра 24 снимается напряжение U3, пропорциональное νϊο, которое поступает в вычислитель 2. Прогностический расчетThe pointer is a device consisting of two channels: a channel for mining and displaying the predicted value of the wind speed ν _ζ and a channel for entering the wind speed at the ground of the canyon. The operation of the velocity channel ν _{ζ is} based on the conversion of an electrical signal. proportional to ν _ζ , into the mechanical movement of the arrow of the reading device of the pointer using a tracking system operating on the principle of a self-balancing bridge. An electrical signal proportional to the velocity ν _ζ is supplied from the calculator 2 to the pointer in the form of a voltage Ui. In the index, this voltage is compared with the voltage U2, taken from the diagonal vg of the bridge circuit. The reference voltage Uon is applied to the diagonal ab of this bridge circuit. The voltage supplied to the input of the amplifier 17 is equal to the voltage difference Ui and U2, i.e. U _B x = Ui-U2. In the steady state, the voltages Ui and U ₂ are equal, therefore, U _B x ⁼ 0. In case of a change in the desired flight altitude on the dial 3, the calculator 2 recounts the value of v _z and the voltage from the output of the amplifier 17 is supplied to the control winding of the motor 18. The motor through the gearbox 19 will move the brush of the potentiometer 20 in the direction of equalizing the voltage 1) gf with voltage Ui. At the same time, the engine moves the arrow 21 of the reading device 22. The speed νϊο is entered by turning the handle 4 located on the front side of the device. The rotation of the handle through the gearbox 23 is transmitted to the brush of the potentiometer 24 and simultaneously to the arrow 25. The voltage U3, proportional to νϊο, which enters the calculator 2, is removed from the potentiometer 24.

1789931 8 скорости ветра на заданной высоте в пограничном слое атмосферы согласно формулы (1) показал 85% совпадения расчетных величин с фактическими значениями на примере конкретного аэропорта. Соответствующая реализация данной формулы в макете заявляемого устройства подтвердила физическую возможность построения устройства. Знание экипажем воздушного судна про гнозируемых значений скорости ветра на заданной высоте взлета или посадки в конкретном аэропорту позволит выбрать правильный способ пилотирования и прежде 5 всего, режим работы двигателей, или принять правильное решение 0 продолжении посадки или взлета, что, в конечном итоге, приведет к повышению безопасности полетов.1789931 8 wind speeds at a given height in the boundary layer of the atmosphere according to formula (1) showed 85% coincidence of the calculated values with the actual values on the example of a specific airport. The corresponding implementation of this formula in the layout of the inventive device has confirmed the physical ability to build the device. The knowledge of the aircraft crew about the predicted values of the wind speed at a given take-off or landing altitude at a specific airport will allow you to choose the correct piloting method and, first of all, 5, the engine operating mode, or make the right decision 0 to continue landing or take-off, which, ultimately, will lead to safety improvement.

Claims

The claims 1

A device for determining the characteristics of the wind, comprising a height meter and a wind speed meter measured at the earth's surface, connected through a calculator to the display unit, and is distinguished by the fact that, in order to increase information content by making it possible for predicting wind speed at arbitrary heights, it is equipped with a set of adjusters for landing conditions with 2 parameters for the airport name code, the code for the vertical temperature gradient, the season code and the code for the time of day and three steam storage units wind meters, the first and second inputs of which are connected, respectively, with the setter of the airport name code and the setter of the season code, the third inputs of the first and second wind parameter storage units are connected respectively to the outputs of the setters of the time code and vertical temperature gradient code, and the third input of the third the wind parameter storage unit is connected through the introduced analog-to-digital converter to the output of the wind speed generator at the earth's surface, while the outputs of the wind parameter storage units are yucheny input to the calculator through series-connected unit, and the selection of the maximum DAC.