ВД-20 — Высотомер барометрический СССР — Указатель высоты полёта (стр.-3)

Статья под цифровой редакцией подготовлена: Орловым Геннадием Викторовичем (08.11.1965) — Советским выдающимся публицистом СССР — Прозаиком СССР — Историком СССР

Страницы    [01]     [02]     [03]     [04]     [05]

Силовую температурную компенсацию считаем действительной по всему ходу при условии, что в случае ненагруженной коробки иглы расположены перпендикулярно ходу коробки (направлению прогиба жесткого центра).

Полагаем, что модуль упругости есть линейная функция температуры, т. е.

E=E₀—βt,

где 

E₀ — модуль упругости материала коробки при t=0°С,
β=dE/dt — температурный коэффициент модуля упругости (кг/мм2град).

Отсюда

и далее

где

Δω — приращение хода, вызванное изменением модуля упругости с изменением температуры.

Для того чтобы компенсировать это приращение прогиба, необходимо приложить к жесткому центру коробки силу, равную

ΔQ=SǝфΔp,

где

Δp — соответствующее изменение давления (которое было необходимо для компенсации погрешности);

 Sǝф— эффективная площадь анероидной коробки в мм2.

Далее из выражения (8) имеем

Тогда

 Подставляя вместо Δω его значение из выражения (9), получим

Определим зависимость между усилием, развиваемым плоской (биметаллической) пружиной, и составляющей, приложенной к жесткому центру коробки (фиг. 7. г).

Сила. действующая вдоль иглы, будет P/cos a; вертикальная сила, нагружающая коробку, составит

Определим tg a. Очевидно:  

Но так как ω мало по сравнению с f , то приближенно

Так как на жесткий центр по условию действует n пружин, то

тогда

или, подставляя вместо ω его значение из формулы (8), получим

Дифференциальное уравнение упругой линии трапецеидальной плоской биметаллической пластинки для малых прогибов имеет вид

 где  

l, d  и x₀ даны на (фиг. 7, д);

 S″  — прогиб точки  A пластинки под действием сосредоточенной силы в направлении, перпендикулярном плоскости чертежа,

a и b — толщины компонентов биметаллической пластинки;

E₁, и E₂ соответствующие модули упругости компонентов.

Интегрируя это уравнение, найдём

При этом граничные условия при x=l равны S′=S=0.

Для точки, в которую упирается игла, имеем

Если выражение, заключенное в квадратные скобки, обозначить через B, то

S=RBp.

* Это решение теряет смысл при переходе к прямоугольной пластинке и действительно только x₀, соизмеримого с l—x_0. Вследствие этого приводимое дифференциальное уравнение упругой линии является приближенным.

и

S=RB∆p.

Отсюда

Подставляя выражения (ф-ла. 12) н (ф-ла. 10) в выражение (ф-ла. 11), найдем

или

В то же время очевидно, что температурный прогиб должен равняться ∆S, т. е.

где

Здесь a₁, и a₂ — коэффициенты линейного температурного рас. ширенин компонентов биметаллической пластинки.

Деля выражение (ф-ла. 13) на выражение (ф-ла. 14), получим

Для этого выражения (зная параметры биметаллической пластинки и коробки) можно определить значение B/(l—x₀)², а отсюда, задаваясь количеством компенсационных пластинок и значениями их геометрических параметров, кроме одного, определить и этот неизвестный параметр.

Предлагаемый способ приближенного расчёта «силовой» температурной компенсации сводится к нахождению одного из параметров биметаллических пластинок компенсации по уравнению (ф-ла. 15) в предположении, что остальные параметры известны.

Ошибка гистерезиса свойственна приборам с упругими чувствительными элементами. Эти ошибки имеют место в высотомерах в виде различных показаний прибора при одном н том же значении измеряемой высоты.

Для уменьшения этих погрешностей чувствительный элемент высотомера изготовляется из бериллиевой бронзы — материала с малым гистерезисом.

Кроме того, для уменьшения гистерезиса материалы подвергают специальной термической обработке и стабилизации.

Погрешности, вызываемые трением, обусловлены силами (моментами) трения, возникающими в опорах и подвижных соединениях при движении подвижной системы прибора.

Силы трения зависят, во-первых, от веса подвижной системы и, во-вторых, от натяжении пружин, предназначенных для выбора люфтов. При движении силы трения направлены всегда навстречу движению. Поэтому при возрастании высоты трение препятствует увеличению показаний н прибор дает заниженные показания, при убывании высоты трение препятствует уменьшению показаний и прибор дает завышенные показания.

Величину погрешности трения определяют при испытаниях прибора путем сравнения его показаний до и после постукивания по прибору или зуммеризации (легкой вибрации). После постукивания стрелка прибора смещается на величину, характеризующую погрешность трения.

Кинематическая схема

Чувствительным элементом прибора служит анероидный блок  (фиг. 8), состоящий из двух упругих коробок. Каждая коробка блока состоит из двух гофрированных мембран, спаренных между собой ао окружности. Деформация мембран зависит от разности давлений внутри н вне коробки.

Давление внутри коробки можно считать равным нулю, а внеш. нее давление на коробку равно окружающему атмосферному давлению, поэтому разность давлений, вызывающая прогиб мембран, равна по величине абсолютному значению атмосферного давления, Это давление имеет наибольшую величину у земли. н поэтому у земли коробки находятся в наиболее сжатом состоянии. При этом сила упругости мембран уравновешивает силу атмосферного давления. По мере подъёма на высоту окружающее давление падает, анероидные коробки соответственно расширяются и расстояние между коробками при этом увеличивается.

Перемещение анероидного блока коробок 1 посредством под. вижного центра 2. тяги 3 и вилки 4 передается оси сектора 5 и сектору 6. Сектор 6 находится в постоянном зацеплении с трибкой 7. На трибке 7 жестко посажено зубчатое колесо 8, находящееся в зацеплении с трибкой 9, На конце трибки 9 укреплена стрелка 10. показывающая на циферблате 11 высоту подъёма самолёта в метрах. Стрелка 12, показывающая на циферблате высоту в километрах, укреплена на полой оси зубчатого колеса 13, связанного с трибкой 9 через перебор с передаточным отношением 1: 20, состоящий из зубчатых колес 14, 15 и 16..

Высотомер имеет приспособление— кремальеру 17, с помощью которой можно устанавливать стрелки прибора в нулевое положение, если высоту полёта необходимо измерять относительно аэродрома вылета. или в положение, соответствующее статическому давлению на аэродроме посадки, если высота полёта должна измеряться относительно конечного пункта полёта.

Для установки стрелок прибора на измерение высоты относительно аэродрома посадки необходимо знаты насколько высота этого аэродрома превышает высоту уровня моря. или знать барометрическое давление воздуха в районе аэродрома посадки.

Фиг. 8. Кинематическая схема прибора ВД-20.

1—анероидный блок коробок; 2—подвижный центр; 3, 22—тяги; 4, 21—вилки; 5—ось сектора; 6—сектор; 7, 9—трибка; 8, 13, 14, 15, 16—зубчатые колеса; 10, 12—стрелка; 11—циферблат;  17—кремальера; 18—барометрическая шкала; 19, 20—индексы; 23—компенсатор первого рода; 24—компенсатор второго рода.

По барометрической шкале 18 устанавливают стрелки в соответствии с барометрическим давлением в районе посадки.

Одновременно с поворотом барометрической шкалы вращаются индексы 19 и 20, указывающие по циферблату 11 высоту, соответствующую изменению барометрического давления относительно давления на уровне моря (760 мм рт. ст.); индекс 19 указывает высоту в метрах, индекс 20 — в километрах.

4. КОНСТРУКЦИЯ

Основной частью прибора (фиг. 9) является анероидный блок коробок 1. Блок за неподвижный центр 2 крепится винтом 3 к основанию механизма 4.

Под действием атмосферного давления мембраны коробок прогибаются и посредством подвижного центра 5, тяги 6, вилки 7 поворачивают ось сектора 8. Ось сектора через тягу 9 связана с пружинным балансиром 10. закрепленным ни пружине 11 в стойке основания механизма 4 винтом 12. 

Начальный натяг пружине 11 дается поворотом ее относительно основания механизма 4. На оси сектора 8 закреплен сектор 13, который, находясь в постоянном зацеплении с трибкой 14, вращает её, а также зубчатое колесо 15, жестко укрепленное на трибке 14. Зубчатое колесо 15 находится в зацеплении с трибой 16, на конусный конец которой насажена стрелка 17.

Балансировка оси сектора осуществляется противовесом 18 укрепленным на секторе 13.
На одном конце оси сектора 8 запрессован подшипник, а на другом — цапфа. Подшипником ось сектора упирается в центровой винт 20, а цапфой— в подшипник 21, укрепленные на основании механизма 4.

Радиальные люфты в механизме выбираются волоском 22, посаженным на трибку 14, а осевые люфты устанавливаются с помощью перемещения центрового винта 20 и оправ 23 и 24 в основании механизма 4.

Для того чтобы витки волоска лежали в одной плоскости, на трибке 14 смонтирован диск 25.

Компенсация температурных погрешностей производится с помощью компенсаторов первого и второго рода. Температурная ошибка первого рода вызывается изменением модуля упругости материала чувствительного элемента в зависимости от изменения температуры на высоте, равной нулю. С увеличением температуры жесткость коробок уменьшается и они больше сжимаются под действием окружающего давления, при понижении температуры они несколько расширяются.

Компенсатор первого рода 26 устанавливается на подвижном центре 5 в виде биметаллического валика, перемещение которого компенсирует изменение положения центра мембраны от температуры.

Температурная ошибка второго рода вызывается изменением модуля упругости материала чувствительного элемента в зависимости от изменения температуры при подъёме на высоту, в результате чего изменяется характеристика чувствительного элемента. Для компенсации этой погрешности на оси сектора 8 помещён компенсатор второго рода 27, который, изменяя характеристику кривошипно-шатунного механизма, компенсирует изменение характеристики чувствительного элемента.

Для выправления характеристики чувствительного элемента на неподвижном центре 2 помещена упорная шайба 29.

Стрелка 30 делает в 20 раз меньше оборотов, чем стрелка 17, что достигается с помощью зубчатого перебора, состоящего из зубчатых колес 32 и 34 и трибок 31 и 33. помещённого в основании демультипликатора 35.

Перебор устроен следующим образом. На трибке 16 укреплена трибка 33, находящаяся в зацеплении с зубчатым колесом 32. Зубчатое колесо 32 насажено на трибку 31, которая вращает зубчатое колесо 34.

Фиг. 9. Конструкция ВД-20.

1—анероидный блок коробок; 2—подвижный центр; 3, 12, 59, 65—винт; 4—основание механизма; 5—подвижный центр; 6—тяга; 7—вилка; 8—ось сектора; 9—тяга; 10—пружинный балансир; 11, 60, 70—пружина; 13—сектор; 14, 16, 31, 33—трибка; 15, 32, 34, 39, 47, 48, 49—зубчатое колесо; 17, 30—стрелка; 18—противовес; 19, 69, 73—гайка; 20—центровой винт; 21—подшипник; 22—волосок; 23, 24—оправы; 25—диск; 26—компенсатор первого рода; 27—компенсатор второго рода; 28—штуцер; 29—упорная шайба; 35—основание демультипликатора; 36—букса; 37, 72—втулка; 38—ручка кремальеры; 40—барометрическая шкала; 41—шторка; 42, 43—индекс; 44, 45, 46—пары зубчатых колёс; 50—корпус; 51—опорное кольцо; 52—пружинящее кольцо; 53—разрезное кольцо; 54—штифт; 55—распорная проволока; 56—платинка; 57—циферблат; 58—крышка; 61—кольцо; 62—стекло; 63—резиновая прокладка; 64—фланец; 66, 71—прокладка; 67—гнездо корпуса; 68—ось; 74—шайба.

В буксе 36 вращается втулка 37, на одном из концов Которой расклепано зубчатое колесо 34, а на другом конце крепится стрелка 30.

Основание демультипликатора 35 с перебором зубчатых колес называется демультипликатором.

Изменение давления на аэродроме до взлёта вызывает смещение стрелок прибора с нулевого деления шкалы. Для погашения этой погрешности механизм прибора делают вращающимся, вследствие чего стрелки возвращаются на нулевое деление шкалы. Механизм поворачивается ручкой кремальеры 38 через зубчатое колесо 39. Одновременно кремальера вращает барометрическую шкалу 40, шторку 41 и индексы 42, 43 через перебор, укрепленный на основании демультипликатора 35. Перебор состоит из трёх пар зубчатых колес 44, 45, 46, вращающихся от зубчатых колёс 39, 47. Шторка 41 и индекс 43 конструктивно выполнены одной деталью и поворачиваются посредством зубчатых колёс 39, 47, через зубчатые пары 45, 46 и зубчатое колесо 48. смонтированное на основании демультипликатора 35. На зубчатом колесе 48 укреплено зубчатое колесо 49, соединенное с барометрической шкалой 40 посредством двух заклёпок. Вращение от кремальеры на зубчатое колесо 49 передается через пару зубчатых колёс 44 и зубчатое колесо 39. В постоянном зацеплении с зубчатым колесом 47 находится индекс 42, выполненный в виде зубчатого колеса.

Механизм с демультипликатором помещены в корпус 50 на опорное кольцо 51 и пружинящее кольцо 52.

Основание демультипликатора 35 устанавливается на основание механизма 4, крепится разрезным кольцом 53 и фиксируется в определенном положении двумя штифтами 54.

Для уничтожения радиального люфта между основанием демультипликатора и корпусом кладется распорная проволока 55.

Платинка 56 к основанию демультипликатора 35 крепится тремя винтами. Отверстия в платинке и основании демультипликатора служат подшипниками трибке 31. В платинке 56 монтируется букса 36, в которой вращается втулка 37 с зубчатым колесом 34 и стрелкой 30. Циферблат 57 закрепляется на основании демультипликатора 35 посредством двух винтов. Зубчатые колёса 48 и 49. шторка 41 н барометрическая шкала 40 закрепляются на основании демультипликатора 35 крышкой 58 и двумя винтами 59. Между крышкой 58 и шторкой 41 кладется пружина 60, выбирающая люфты между зубчатыми колесами 49 и 48 и всеми остальными деталями, находящимися на уступе основания демультипликатора. Поверх циферблата помещается индекс 42, находящийся в зацеплении с зубчатым колесом 47. Зубчатое колесо индекса поджимается к циферблату кольцом 61.

С лицевой стороны корпус закрывается стеклом 62, которое кладётся на резиновую прокладку 63. Стекло прижимается к корпусу фланцем 64 с помощью восьми винтов 65. Между фланцем и стеклом кладётся прокладка 66.

Корпус сообщается со статической проводкой самолёта с помощью штуцера 28, который ввёртывается в гнездо 67 корпуса 56 посредством резьбы К 1/8″.

Кремальера. помещённая на лицевой стороне корпуса, имеет ось 68, на одном конце которой находится зубчатое колесо 39, а на другом ручка кремальеры 38, законтренная гайками 69 и 19. Продольный люфт зубчатого колеса 39 выбирается пружиной 70.

Герметичность узла кремальеры обеспечивается прокладками 71, поджатыми втулкой 72, которая законтрена гайками 73 и 19. Продольный люфт оси 68 подбирается шайбами 74.

II ИНСТРУКЦИЯ ПО ЭКСПЛУАТАЦИИ И РЕМОНТУ
1. ЭКСПЛУАТАЦИЯ

Согласно схеме приборного оборудования самолёта прибор монтируется на приборной доске при помощи винтов. Вибрация в месте установки прибора должна быть не менее 0,2 и не более 1,5g.

Перед монтажом со штуцера 28 (см. фиг. 9) снимают колпачок и при помощи дюритового шланга соединяют штуцер со статической проводкой приёмника воздушного давления.

После монтажа проводку необходимо проверить на герметичность.

Перед вылетом самолёта стрелки высотомера устанавливают на нуль; при этом барометрическая шкала укажет давление, которое наблюдается На месте взлёта, а индексы 42 и 43 переведут это давление в высоту относительно уровня моря.

Для определения высоты относительно места посадки или промежуточной точки по пути следования самолёта необходимо вводить поправку на изменение барометрического давления на уровне Земли, которое зависит от рельефа местности и от изменения атмосферных условий.

Обычно перед вылетом экипаж получает сведения о распределении барометрического давления; при полётах на дальние расстояния сведения о барометрическом давлении сообщаются экипажу по радио. Зная давление на месте посадки или промежуточной точке в пути следования самолёта, летчик может установить при помощи кремальеры шкалу барометрического давления соответственно давлению в любом пункте. Стрелки при этом покажут высоту полёта самолёта над этим пунктом.

При посадке на высокогорные аэродромы, где давление меньше 760 мм рт. ст., поправка на давление вводится с помощью индексов, а барометрическая шкала при этом перекрывается шторкой. Для этого необходимо получить по радио сведения об относительной высоте (высоте относительно уровня моря) на месте посадки и установить индекс 42 против этой высоты по циферблату прибора. Этим в показание прибора вводится поправка аналогично введению поправки по барометрической шкале.

Для соблюдения в полете заданной высоты эшелона необходимо на барометрической шкале установить давление 760 мм рт. ст. или индексы на отметку «0» высоты.

При определении истинной высоты необходимо учитывать инструментально-шкаловые и методические ошибки. Инструментально-шкаловые ошибки в основном зависят от конструкции прибора, качества обработки деталей, сборки и регулировки.

Эти ошибки определяют при проверке приборов и на основании результатов проверки составляют график инструментально-шкаловых поправок, которым снабжается экипаж самолёта.

Методические температурные ошибки происходи от несоответствия фактического распределения температур воздуха расчётному. Эта поправка вводится с помощью аэронавигационной линейки. При этом необходимо знать температуру воздуха на Земле и на высоте полёта.

Прибор, находящийся в эксплуатации, необходимо периодически проверять один раз в три месяца, а также перед установкой на самолёт, если прибор находился на складе более трёх месяцев.

2. ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Методика проверки прибора

Во время эксплуатации приборы ВД-2О должны подвергаться следующим испытаниям:

1. Определению погрешностей показаний при нормальной температуре (+20±5°С).
2. Определению вариации показаний при нормальной температуре.
3. Определению герметичности корпуса.
4. Определению несовпадений показаний большой стрелки с показаниями барометрической шкалы.

Для проведения испытаний необходимо иметь следующее оборудование:

1. Образцовый двухколенный ртутный манометр, градуированный по давлению в мм рт. ст. 
2. Источник давления.
3. Источник вакуума.
4. Воздушный кран.
5. Зажим.
6. Монтажные детали (тройники, трубопроводы).

Для определения погрешностей показаний прибора при нормальной температуре собирается схема, показанная на (фиг. 10).

Перед монтажом все детали и трубопроводы тщательно проверяют, чтобы не допустить их засорённости и негерметичности.

Фиг. 10. Схема проверки прибора ВД-20.

1—двухколенный манометр; 2—проверяемый прибор ВД-20; 3—кран; 4—зажим.

Проверку прибора при нормальной температуре производят следующим образом:

1. штуцер прибора присоединяют к источнику давления (вакуума) в зависимости от барометрического давления дня. 
2. Далее, открывая кран 3, создают в приборе давление (вакуум) 760 мм рт. ст. и ручкой кремальеры устанавливают стрелку на отметку «0».
3. Затем прибор присоединяют к источнику вакуума и создают по ртутному манометру разрежение, соответствующее проверяемым отметкам шкалы от 0 до 20 000 м. На отметке 20 000 м делают 15-минутную выдержку, после чего производят отсчёты, изменяя высоту от 20 000 до 0 м.
4. Величину погрешности устанавливают, сличая показания проверяемого прибора 2 с показанием ртутного манометра 1.

При определении погрешностей прибора должны быть соблюдены следующие условия:

1) температура должна быть +20±5°С;
2) постоянно действующая вибрация с нагрузкой должна быть 0,1÷0,3g
3) шкала прибора должна быть установлена вертикально.

В момент отсчёта допускается выключение поверочной вибрации.
Вариацию показаний прибора определяют, вычисляя разность между показаниями прибора при одном н том же значении проверяемой величины при прямом и обратном ходе изменения показаний прибора.

Проверку герметичности корпуса производят при нормальной температуре. Штуцер прибора присоединяют к источнику вакуума. При достижении в корпусе разрежения, соответствующего 5000 м высоты, источник вакуума перекрывают краном и зажимают шланг у штуцера прибора зажимом 4. Стрелка не должна смешаться более чем на 100 м за одну минуту. В случае негерметичности прибора подтянуть винты 65 и втулку 72 (см. фиг. 9).

Проверку несовпадения показаний большой стрелки с показаниями барометрической шкалы производят следующим образом:

подают в корпус давление (разрежение) 760 мм рт. ст. и подводят стрелку точно под отметку «0». При этом отклонение барометрической шкалы от отметки 760 мм не должно выходить за пределы допуска.

Если погрешность превышает допуск, необходимо сделать следующее (см. фиг. 9) : вывернуть гайку 73 настолько, чтобы можно было вывести нз зацепления зубчатое колесо 39 с зубчатым колесом основания механизма 4 и, вращая ручкой кремальеры 38 барометрическую шкалу 40, установить её на деление 760 мм рт. ст. Затем снова ввести зубчатые колёса в зацепление и законтрить гайкой.

Регламентные работы

Прибор, находящийся в эксплуатации, должен проверяться один раз в три месяца, а также перед установкой на самолёте, если он находился на складе более З месяцев.

Прибор проверяют по следующим параметрам, пользуясь методикой, указанной в данном разделе:

а) определение погрешности показаний при нормальной температуре;

б) определение герметичности прибора;

в) определение несовпадения показаний большой стрелки с показанием барометрической шкалы.

Гарантии

Поставщик гарантирует безотказную работу прибора в течение 1000 лётных часов на протяжении 5 лет, в число которых входят З года непосредственной эксплуатации на самолёте, а остальное — время транспортировки и хранения на складах заказчика и потребителя.

П р и м е ч а н и е.   При эксплуатации прибора на пассажирских, транспортных и десантно-транспортных самолётах поставщик гарантирует безотказную работу прибора в течение 2500 лётных часов на протяжении 5 лет, в число которых входят З года непосредственной эксплуатации на самолёте, а — остальное время транспортировки и хранении на складах заказчика и потребителя.

3. РЕМОНТ

Если неисправности могут быть устранены без разборки прибора, то в этом случае поступают по методике, указанной в перечне характерных неисправностей (см. стр. 33).

Порядок разборки, сборки и регулировки

Ч а с т и ч н а я   р а з б о р к а

Разборка прибора производится в случае, если обнаружены дефекты, совершенно исключающие возможность дальнейшей эксплуатации (большие шкаловые погрешности, механические повреждения и т. п.).

В зависимости от характера дефекта разборка может быть частичной или полной. При разборке необходимо аккуратно обращаться с прибором; весь инструмент должен строго соответствовать своему назначению и находиться в хорошем состоянии.

[02]     <<<     [03]     >>>     [04]