Высотомер ВД-20 — Библиотека СССР (стр.- 17—23 из 40)

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

Страницы    [1—7]     [8—16]     [17—23]     [24—33]     [34—37]    [38—40]

17

ВЫСОТОМЕР ВД-20

а при повышении температуры — от оси (при этом плечо увеличивается). Соответственно уменьшается передаточное число механизма, чем компенсируется нарастающая по шкале температурная погрешность.

Действие компенсатора второго рода регулируют, изменяя рабочую длину биметаллической пластинки путем перестановки упорного винта.

Биметаллический компенсатор второго рода при изменении давления вызывает Неодинаковое (нарастающее) смещение стрелки по шкале, что позволяет его использовать для компенсации второй составляющей, пропорциональной высоте.

Величину изгиба биметаллической пластинки под влиянием изменения температуры можно рассчитать по формуле

где aφ — угол изгиба биметаллической пластинки диной dl;

E₁ и E₂ — модули упругости пластинок в кГ/мм²;

h₁ и h₂ — толщины пластинок в мм;

a₁ и a₂ — коэффициенты линейного расширения пластинок;

Δt — изменение температуры.

Для получения наибольшей величины изгиба соотношение толщин пластинок подбирают таким, чтобы разность E₁ h²₁ — E₂ h²₂ равнялась нулю. При этом (ф-ла. 7) принимает вид

Общий угол изгиба пластинки длиной l будет равен

Линейное перемещение конка прямой биметаллической пластинки, другой конец которой закреплен, равно

С и л о в а я   т е м п е р а т у р н а я   к о м п е н с а ц и я   осуществляется при помощи биметаллической скобы. Допустим. что анероидная коробка 1 запаяна, воздух из нее не откачан (фиг. 7, а), н имеется биметаллическая пластинка 2, изогнутая в виде скобы, которая ири помощи игл 3 сжимает стойку, связанную с жестким центром коробки. Очевидно, сила, с которой скоба сжимает стойку, никак не будет влиять на положение центра коробки, если положение игл строго перпендикулярно направлению стойки.
 

18

ВЫСОТОМЕР ВД-20

Предположим, что окружающее давление стало меньше давления в коробке (фиг, 7, б); тогда вследствие деформации коробки иглы перестанут быть перпендикулярными стойке и составляющая сила сжатия скобы, направленная вдоль стойки, будет стремиться увеличить прогиб коробки (см. фиг. 7. в). Ясно. что добавление скобы, вообще говоря, увеличивает общий прогиб коробки.

Фиг. 7. К расчёту силовой температурной компенсации.

1-анероидная коробка; 2-биметалическая пластинка; 3-иглы.

19

ВЫСОТОМЕР ВД-20

Рассмотрим действие этой скобы. котла изменяется температура чувствительного элемента. Если слой инвара расположен извне. а стали — внутри, то при понижении температуры сила сжатия увеличится и будет стремиться увеличить прогиб коробки. Но это и   так как яри понижении температуры модуль упругости материала коробки увеличивается, а следовательно, прогиб уменьшается.
В результате увеличение прогиба, возникшее вследствие увеличения силы сжатия скобы, компенсирует уменьшение прогиба, возникшее вследствие увеличения модуля упругости материала коробки. При повышении температуры действие этой компенсации будет обратным, скоба будет с меньшей силой сжимать стойку коробки и с меньшей силой давить на коробку.

Описанная компенсация по результату своего действия аналогична рассмотренной выше компенсации второго рода, так как хотя при увеличении прогиба увеличивается и температурная погрешность, но в то же время возрастает и составляющая сила сжатия, действующая вдоль стойки, и компенсация происходит по всему ходу коробки. Чтобы не нужна была компенсация первого рода, и в этом случае необходимо при ненагруженной коробке расположить иглы перпендикулярно скобе, а следовательно, и ходу коробки.

Преимуществом силовой компенсации перед кинематической является возможность температурной компенсации скобой до сборки всего механизма. т. е, возможность произвести температурную компенсацию узла чувствительного элемента заранее.

Недостатком является более сложное регулирование, чем регулирование устройства кинематической компенсации.

Пусть требуется рассчитать n плоских биметаллических трапецеидальных пластинок «силовой» компенсации, укрепленных консольно.

Необходимо, чтобы деформация коробки, вызванная изменением модуля упругости материала коробок, компенсировалась действием биметаллических пластинок.

Прогиб анероидной коробки под действием внешнего давления выражается зависимостью

где

ω — прогиб в мм;

с — коэффициент пропорциональности в мм;

р — давление в кГ/мм2; 

E — модуль упругости материала коробки в кГ/мм2. 
 

20

ВЫСОТОМЕР ВД-20

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:  

21

ВЫСОТОМЕР ВД-20

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.

22

ВЫСОТОМЕР ВД-20

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.
 

23

ВЫСОТОМЕР ВД-20

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.
 

[8—16]     <<<     [17—23]     >>>     [24—33]