SU64318A1 - Устройство дл измерени относительной скорости самолетов - Google Patents

Description

Насто щее изобретение относитс  к устройству дл  измерени  относительной скорости самолетов , осуществл емого путем компенсации давлени  воздушного потока силой, создаваемой электрическим током, автоматически регулируемым при нарушени х равновеси  электродвигателем. Предлагаемое устройство Отличаетс  тем, что диск, подвергающийс  воздействию воздушной струи, и катушка с током, уравновешивающа  давление этой струи, расположены коаксиально и в одной плоскости . Это сделано дл  того, чтобы равнодействующие сил, действующих на диск и катущку, были приложены в одной точке подвижной части и не увеличивали трени  в подп тниках. В качестве элемента, создающего компенсирующую силу, в устройстве быть применен ферродннамический прибор с последовательным соединением подвижной и неподвижной обмоток с той целью, чтобы сила тока в нем была пр мо пропорциональна скорости Самолета .

Сущность изобретени  по сн етс  чертежом, на фиг. которого изображен прибор в трех проекци х с разрезами, на фиг. 4 дан перспективный вид и разрез его с изображением действующих сил, а на фиг. 5 представлена схема включени  устройства с автоматическим регул тором силы тока.

Принцип работы предлагаемого устройства заключаетс  в следующем .

В магнитном поле кольцевого электромагнита 1, 2 (фиг. 1) расположена рамка 3,  вл юща с  частью подвижной системы прибора . Обмотка рамки и катушка 4, питающа  электромагнит, соединены последовательно. Взаимодействие между магнитным полем электромагнита и током в рамке создает вращающий момент (относительно оси А-А-фиг. 2), действующий на подвижную систему прибора; величина этого момента зависит от силы тока. Скоростной напор, создаваемый воздущным потоком по направлению стрелки на фиг. 1, действует на диск 5, зак. репленный внутри рамки 3. Вели чина вращающего момента, испытываемого подвижной системой вследствие этого аэродинамического воздействи , зависит от скорости воздушного потока. Моменты , создаваемые воздушным потоком и электромагнитными силами, направлены противополол но. При ПОМОШ.И реостата, включенного в цепь прибора, сила тока автоматически регутируетс  так, что при данной скорости дв-ижени  электромагнитные силы уравновеши . зают действие воздушного потока и подвижна  система занимает определенное положение равновеси . При увеличении скорости потока и, следовательно, при увеличении аэродинамического воздействи  на .диск 5 в катушку и рамку прибора должна быть послана больша  сила тока дл  удержани  подвижной системы в том же положении равновеси . Вот эта то сила тока, измеренна  достаточно точным миллиамперметром , включенным в ту ,же цепь, служит мерой скорости движени .

Предлагаемое устройство имеет следующую конструкцию. Электромагнит прибора состоит из цилиндрической катушки 4 и . двух железных цилиндров-внешнего 1 и внутреннего 2. которые скреплены (свинчены) коаксиально, В кольцевом зазоре между поверх ост ми железных цилиндров иахо ,дитс  упом нута  цилиндрическа  Катушка 4, котора  пере . свинчиванием этих цилиндров надеваетс  на цилиндр 2 (катушка 4 имеет .1200 витков изолированного медного провода диаметром 0,4 мм). Стенки наружного цилиндра в .полюсной области на прот жении 12 мм утолш,ены (внутрь). Междуполюсное пространство представл ет собой кольцевой воздушный промежуток, ширина которого в радиальном направлении равна 2 мм,а длина (в направлении образующей цилиндра) -12 мм. В этом кольцеобразном промежутке создаетс  радиальное магнитное поле, в котором расаоложена подвижна  цилиндрическа  рамка 3. Каркас рамки 3 представл ет собой легкий алюминиевый цилиндрик (с толщиной стенок 0,2 мм). На этот каркас намотано 60 витков изолированного медного провода (диаметром 0,270 ,28 мм). Рамка скреплена с легкой алюминиевой трубочкой 6 (наружный диаметр трубочки-2,5 мм), монтированной поворотно относительно оси А-А.

Взаимодействие электромагнитного пол  с воздушным потоком выражаетс  в следующем (фиг. 2). Концентрически (коаксиально) расположенные кольцеобразные магнитные полюсы обусловливают радиальный и симметричный характер пол . Цилиндрическа  форма рамки и положение ее в этом поле (фиг. 1 и 2) обусловливают то, что направление тока во всех элементах рамки перпендикул рно лини м пол , а элементы обмотки (рамки) наход тс  в зоне с практически одинаковой плотностью магнитного потока. При работе прибора подвижна  система колеблетс  в некоторых пределах, ко эти отклонени  рамки в ту или другую сторону от положени  равновеси  не превышают 1-1,5 мм, а в этих пределах плотность магнитного потока практически одинакова. Магнитное поле не вращает рамку (котора  получает импульс к поступательному перемещению, согласно правилу левой руки), а выталкивает или вт гивает ее, в зависимости от направлени  тока и, таким образом, создает вращающий момент, действующий на подвижную систему относительно оси А-А Благодар  такой конструкции прибора, почти вс  обмотка рамки, наход сь по всей своей длине в поле с одинаковой плотностью потока, вл етс  активной. Вырез в конце наружного железного цилиндра нужен дл  введени  (при сборке) и колебаний алюминиевой трубки 6.

В том же цилиндре -диаметрально противоположно с первь м вырезом-сделан такой же второй вырез, прежде всего, дл  сохранени  симметрии пол , благодар  чему равнодействующа  сил, действующих на все элементы рамки, будет приложена в центре рамки. Кроме того вследствие некоторого уменьшени  площади действующего сечени  воздушного промежутка , получаетс  более выгодное соотношение между площадью поперечного сечени  воздушной части магнитной цепи и площадью поперечного сечени  железа (при той же индукции в воздушном промежутке получаетс  менее высока  индукци  в железе). Один конец обмотки рамки проходит (изолированно ) внутри алюминиевой трубки 6 (фиг. 1) и выходит через боковое отверстие В в этой трубке на очень небольшом рассто нии от оси качаний А-А. Второй конец обмотки припа н к латунной пластинке 7, скрепленной с алюминиевой трубкой 6. Ток к рамке подводитс  посредством серебр ных „безмоментных ленточек 8 и 9. Токоподвод ща  ленточка 8 соедин ет первый конец обмотки с изолированным (посредством пертинаксовой втулки) штифтом 10, амонтированным в стенке корпуса прибора. Токоподвод ща  ленточка 9 припа на одним концом к осевой латунной втулке 11, а другим концом-к латунной шпильке 12, ввинченной (или заклепанной) в корпус прибора, и соедин ет (электрически ) с этой шпилькой подвижную трубку 6 и вместе с этим один из концов подвижной рамки.

Так как токоподвод щие ленточки .соединены с подвижной системой почти у самой оси качаний , где амплитуда колебаний очень мала (0,1-0,2 мм), то эти „безмоментные ленточки практически не оказывают никакого противодействи  колебани м подвижной системы.

Один из концов (начало) неподвижной обмотки-катушки 4-припа н к тому же изолированному штифту 20, к которому подключен один из концов рамки. Таким образом неподвижна  катушка и подвижна  рамка соединены последовательно . Ко второму концу катушки 4 и к шпильке 12 подведены (припа ны) гибкие изолированные проводники 13 и 14, посредством которых катушка и рамка включаютс  в цепь источника тока. Внутри рамки 3 закреплен тонкий алюминиевый диск 5 таким

образом, что плоскость диска параллельна виткам рамки и центр диска совпадает с центром рамки. В собранном приборе дись: 5 расположен внутри внутреннего железн- )го цилинлра 2 так, что между диском и внутренней поверхностью цилиндра остаетс  з зор одинаковой ширины в 0,5 мм. ВоздyDJный iiOTOK, проника  п иeмнyю трубку 15 и далее-через трубчатый сердечник 2, действует на диск 5 и создает врашнющий момент, действующий на подвижную систему в направлении, пр )тивоположном действию электромагнитной силы. При этом аэродинамическа  сила и электромагнитн .   сила противоположно направлены и действуют в одноГг точке (в центре диска), а, следовательно , никакой нагрузки на ось качани  не производ т. Подвижна  система монтирована на кернах и подп тниках. Ось 16 подвижной системы стальна  и имеет тонко отполированные керны. Опорные винты 17 изготовлены из латуни, подп тники сделаны из твердого камн  (сапфира или агата). Радиусы закруглений кернов и дна кратеров опорных камней подобраны в соответствии с весом подвижной системы и услови ми работы прибора. Монтаж на кернах позвол ет получить очень незначительное трение, тем более, что ось прибора вертикальна. Допускаетс  также вместо установки на кернах примен ть установку на цапфах. Подвижна  система сбалансирована; она Сконструирована и рассчитана так, что ее центр т жести совпадает с осью качаний. Это необходимо дл  того, чтобы не только при вертикальном, но и при вс ком ином положении оси качаний сила т жести не соз гавала вращающего момента и не оказывала вли ни  на показини  прибора. Сбалансированность подвижной системы важна еще и потому , что уравнонешенную систему внешние сотр сени  и колебани  не так легко могут привести в интенсивное колебательное движение относительно корпуса прибора.

Латунные м гко пружин щие пластинки 19а и 19Ь и вмонтированные в стенках корпуса прибора изолированные (в пертинаксовых втулках) контактные винты 20а и 20Ь представл ют собой контактное устройство, необходимое дл  автоматического регулировани  силы тока, протекающего через рамку и неподвижную катушку прибора. В соответствующих местах напа ны серебр ные (или платиновые) контакты. Зазоры между контактными пластинками и винтами можно регзлировать путем ввинчивани  последних. При равновесном полол ении подвижной системы величина этих зазоров-пор дка 0,3- 0,5 мм. От контактов 20а и 20Ь выведены изолированные м гкие проводники 21 а и 21Ь, которые подключаютс  к автоматическому регул тору силы тока. Что касаетс  контактных пластинок 19а и 19Ь, то они оказываютс  включенными Б цепь реле регул тора благодар  тому, что соединены с трубкой 6 и, следовательно, с проводником 14.

Когда моменты, создаваемые аэродинамическими и электромагнитными силами по величине равны между собой, подвижна  система занимает положение равновеси  (плоскость диска 5 перпендикул рна оси сердечника 2) и показание миллиамперметра, включенного в цепь прибора, соответствует данной скорости движени  самолета или скорости движени  воздуха в аэродинамической трубе. Если скорость движени  увеличиваетс  или уменьшаетс , то от изменени  аэродинамического воздействи  на диск 5 подвижна  система отклон етс  в ту или другую сторону, замыка  при этом один из контактов (20а или 20Ь) и, привед , таким образом, в действие автоматический регул тор силы тока, благодар  чему сила тока измен етс  до величины, достаточной только дл  уравновешивани  нового аэродинамического момента.

Включенный в цепь прибора миллиамперметр градуирован на м/сек. или км/час и его показани  непосредственно дают величину скорости движени . Корпус прибора составл ют наружный железный цилиндр и привинченна  к нег.у коробка 22 пр моугольного сечени , изготовленна  из дюралюмини  (толщина стенок 1 мм). OAISH из стенок 23 корпусной коробг-с приставна . Вырез в наружной части цилиндра 1 в собранном приборе закрыт тонкой дюр люмкниевой пластинкой. Опорные .винты 17 монтированы в -латунных или дюралюминиевых пластинках 24а и 24Ь, которые привинчены к стеикам корпуса. Отверсти  в стенках. через которые проход т винтики дл  креплени  пластинок 24а и 24Ь, имеют , элиптическую форму, что дает возможность при сборке прибора точно отрегулировать положение подвижной системы.

Пластинка 24Ь вместе с опорным винтом крепитс  (в виде мостика) при сн той стенке 23. Таким образом установку подвижной системы , регулирование ее положени  и вообще весь монтаж внутри прибора очень удобно делать, благодар  тому, что прибор во врем  этой работы совершенно открыт. Все четыре проводника 13,

14,21а и 21Ь проход т внутри корпусной коробки и перед выходом из последней сплетены в один шнур. Посредством этого четырехпроводникового шнура, толщина которого 1,5-2 мм, осуществл етс  соединение прибора (приемника) с источникрм тока, миллиамперметром и автоматом. Когда прибор отрегулирован, привинчивают стенку 23 и, надевают алюминиевую крышку 25, пропустив предварительно через отверстие в последней упом нутый вь1ше четырехпроводниковый шнур.

Предлагаемое устройство предназначено дл  измерени  относительной скорости движени  самолета . Весь прибор (приемник) укрепл етс  в горизонтальном положении внутри крыла самолета таким образом, что снаружи остаетс  только часть приемной трубки

15.Наружна  часть приемной трубки расположена параллельно направлению воздушного потока. Чтобы исключить возможность глубокого проникани  дождевых канель в приемную трубку, последн   имеет плавный изгиб (в вертикальнон плоскости). С этой же целью можно внутри канала приемной трубки вделать тонкую металлическую сетку. Наружную часть приемной трубки легко отеплить посредством спирали, питаемой от от общего источника тока. Так как из крыла выступает только часть тонкой трубки, расположенна , к тому же, параллельно воздушному потоку, то сопротивление движению практически ничтожно .

Упом нутый выше четырехпроводниковый электрический шнур включен в резиновую трубочку и проведен внутри крыла от приемника к аккумул тору и миллиамперметру . Последний представл ет собой магнитоэлектрический прибор с равномерной круговой шкалой на - 300°, градуированный на м/сек или км/час, имеющий форму и размеры, прин тые дл  авиаприборов , и монтированный на том же щите, что и прочие авиационные приборы.

На фиг. 5 дана схема автоматического приспособлени  дл  регулировани  силы тока. Маленький электромотор М (мощностью в несколько ватт) посредством черв чной передачи А может вращать круговой реостат R в том или другом направлении, в зависимости от направлени  тока в обмотке  кор  или магнитов электромотора. Ползунок В остаетс  неподвижным. Две металлические пружин щие пластинки С и С, смонтированы (изолированно) на колонке и скреплены (также изолированно) с железной пластинкой Е, котора  может перемещатьс  в зазоре между двум  маленькими электромагнитами S и Sj. Концы пластинок G и Cj, с серебр ными (или платиновыми) напайками расположены между двум  парами контактов F и Fj. Контакты F и FJ соединены между собою так, как в обыкновенном лабораторном коммутаторе;катим контактам подключен  корь электромотора М. Один из концов обмотки магнитов электромотора соединен с пластинкой С; другой конец обмотки магнитов электромотора и пластинка С, подключены к полюсам аккумул тора. Из схел1ы видно, что ток течет через электромотор только тогда, когда один из электромагнитов (S или Sj) прит гивает железную пластинку Е, прижима  таким образом пластинки С и Cj к той ;лп друго паре контактов (F или F), причем нпп -авление тока в обмотке мпгиьтоп мотора всегда одно и то же, в ; лг равление тока в  коре и, следовательно, направление вращени  реостата 1 зависит от того, какой именно электромагнит прит гивает пластинку Е. К одному из полюсов аккумул тора подведено по одному концу обмотки каждого ив электромагнитов S и Sj; другие концы обмотки этих электромагнитов соедин ютс  (посредством проводников 21 а и 21Ь) с изолированными контактами 20аН 20Ьферродинамического прибора (фиг. 1). Реостат R и миллиамперметр включены последовательно в цепь обмотки последнего.

Устройство работает следующим образом: когда сила тока (питающего катущку и рамку анемометра) уравновешивает аэродинамическое воздействие, подвижна  система анемометра (приемника) занимает положение равновеси ; поэтому через электромагниты автомата ток не идет и реостат остаетс  неподвижным. При силе тока большей или меньшей, чем это нужно дл  уравновещивани  аэродинамических сил (дейстующих на подвижную систему „приемника), и. следовательно, замыкании в приемнике соответствующего контакта, электрический ток потечет через соответствующий электромагнит (S или Sj). Тогда реостат повернетс  на некоторый угол в том или другом направлении и изменит , таким образом, силу тока до величины, достаточной только дл  уравновешивани  действующих на приемный диск аэродинамических

сил/Таким образом прибор сам устанавливаетс , привед  стрелку миллиамперметра (градуированного на единицы скорости) к делению , соответствующему данной скорости движени . Проводники 13, 14, 21а и21Ь, как это видно из фиг. 1, выведены из приемника. Приемник и автоматическое приспособление можно питать от одного аккумул тора (напр жение- 6 в; максимальна  потребл ема  мощность 8-10 ватт).

Перед известными измерител ми скорости самолета(например, трубка Пито) описываемый ферродинамический прибор имеет р д преимуществ , из которых наиболее важные следующие. Прибор имеет равномерную шкалу, в силу самого принципа измерени , между тем, как вследствие квадратичной зависимости между давлением и скоростью , измеритель скорости с трубкой Пито имеет неравномерную шкалу; последн   в начальной части сжата тем более, чем на большие скорости рассчитан измеритель . Если, например, обычный измеритель скорости рассчитан на скорость до 400-500 км/час, то при средних скорост х он мало чувствителен, а определить скорость пор дка посадочной почти невозможно. Что же касаетс  разных выравнивающих шкалу механизмов , то они не вполне достигают цели и сопр жены с дополнительным трением, вредно отражающимс  на чувствительности и точности прибора.

Вторым весьма важным преимуществом предлагаемого прибора  вл етс  полное отсутствие воздушных трубопроводов, неизбежных при трубке Пито и  вл ющихс , обычно, источником ошибок , вследствие недостаточной герметичности . Это же обсто тельство позвол ет расположить описываемый приемник на любом рассто нии от фюзел жа в месте, где поток наименее возмущен. Устройство обладает большой точностью и имеет хорошую защиту от атмосферных осадков.

Описываемый ферродинамический измеритель скорости может быть также с успехом применен в аэродинамических лаборатори х и вообще дл  аэрометрических работ . При помощи его можно с большой точностью измер ть скорость воздушного потока в аэродинамических трубах. В аэродинамической трубе прибор монтируетс  так, что в воздушный поток введена только часть приемном трубки, весь же прибор находитс  вне трубы. Ясно, что приемна  трубка прибора будет меньше возмущать поток, чем трубка Пито с державкой.

Если прибор предназначен дл  измерени  малых скоростей, то некоторым увеличением диаметра диска 5 можно достичь значительного увеличени  вращающего момента прибора. Например, если вместо диска с диаметром 6 мм установить диск, диаметр которого равен 8 м, то вращающий момент прибора возрастет, примерно , в 2 раза.

Измерителем силы тока при этих услови х работы может обыкновенный магнитоэлектрический , достаточно точный, миллиамперметр лабораторного типа с зеркальной шкалой. Целесообразно вз ть подобный миллиамперметр, имеющий несколько пределов измерений; соответствующий магнитоэлектрический прибор на три предела измерений легко подобрать.

Предмет изобретени 

Claims (2)

1. Устройство дл  измерени  относительной скорости самолетов, основанное на компенсации давлени  воздушного потока силой, создаваемой электрическим током, автоматически регулируемым при нарушени х равновеси  электродвигателем , отличающеес  тем, что диск, подвергающийс  воздействию воздушной струи, и катушка с током, уравновешивающа  давление воздушной струи, расположены коаксиально и в одной плоскости, с той целью, чтобы равнодействующие сил, действующих на диск и катушку, были

приложены в одной точке подвижной части и не увеличивали трени  в подп тниках.

2. В устройстве по п. 1 примение и качестве элемента, создающего компенсирующую силу, ферФиг , 1

родинамического прибора с последовательным соединением подвижной и неподвижной обмоток, с той целью, чтобы сила тока в нем была пр мо пропорциональна скорости самолета.

Фиг. 2

щ4шг1

  i «.V

-Smil иэ 11 -iT/

i i: JU

v aji-i s - ц;у7л ,

|Г- -if-js .:.гз....эг r:. t

pi ijbaj

Фиг. 3

ыи