Термоанемометрический датчик

Министерство образования и науки РФ

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

им. А.Н.ТУПОЛЕВА – КАИ

 

Кафедра приборов и информационно-измерительных систем

 

 

 

РАСЧЕТНО – ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому  проекту

по дисциплине Приборы первичной информации

на тему

Термоанемометрический датчик

скоростного напора

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                         Выполнил: студент гр. №3415

                                                             _______________Савинов К.В.

                                                            Руководитель: проф. каф. ПИИС

                                                             _______________Порунов А.А.

 

Оценка <___________>

Комиссия:  __________

Подпись:____________

    

                                                                                 «__.»__________.2012 г                                 

 

 

 

 

 

 

 

КАЗАНЬ 2012.

Казанский государственный

технический университет им. А.Н.Туполева

Кафедра приборов и информационно-измерительных систем

 

                                                                                                  Утверждаю

                                                                                                                   Зав. Кафедрой ПИИС

                                                                                                                        «___» ___________2012г

1.Задание на курсовой проект

Дисциплина    Приборы первичной информации                     

Студент:   Савинов К.В.                             Группа  3415                                  

Тема:   Термоанемометрический датчик скоростного напора

1.Диапазон измерения скоростного напора….......................................................10-10000Па

2.Погрешность измерения скоростного напора................................................... (0,5+0,03V)

3.Постоянная времени…………….......................................................................................0.3с 

4.Выходной электрический сигнал......................................................................................10В

5.Габаритно-массовые характеристики                      

          - габариты  преобразователя....................................................DxH=(25-30)×(10-15)мм

          - масса преобразователя........................................................................................30±10 г

6.Условия эксплуатации 

          - рабочий  диапазон температур........................................................................50±10 оС

          - рабочий  диапазон давлений окружающей  среды.............................760±30 мм рт.ст.

          - относительная  влажность (максимальная).......................................40% при t =20 оС

          - электропитание: промышленная сеть....................................220В±10%, 50Гц ± 2 Гц

2.Объем работы

1. Обзор методов и средств  измерения параметров струйного  датчика АДУ по материалам  патентно-реферативного поиска.

2. Выбор и обоснование структурно-функциональной схемы струйного датчика АДУ и определение требований к основным его элементам.

3. Теоретическое исследование структурно-функциональной  схемы струйного датчика АДУ.

4. Выбор и обоснование принципов  конструктивного построение элементов  струйного датчика АДУ и расчёт их параметров и характеристик.

5. Анализ доминирующих источников  погрешностей и оценка их результирующего  значения.

3.Графическая часть

1/2 листа - структурная схема основных  блоков струйного датчика АДУ.

1/2 листа - выходная характеристика струйного датчика АДУ, деталировки.

1/2 листа - сборочный чертеж струйного  датчика АДУ.

1/2листа – чертежи основных  конструктивных элементов и устройств  струйного датчика АД.

 

 

 

 

 

 

4.Календарный план

№ п/п	Наименование этапов курсовой работы	Срок выполнения   этапов к.р.	Контроль выполнения модулей к.р.
			Оценка в баллах	Подпись рук-ля
1 модуль	1. Обзор методов и средств измерения параметров вектора ветра по материалам патентно-реферативного поиска.
	Выбор и обоснование структурно-функциональной схемы датчика скоростного напора
	Отчёт о выполнении 1-го модуля.	15.10.12
2 модуль	Теоретическое исследование структурно-функциональной  схемы датчика скоростного напора и определение требований к основным его элементам.
	Выбор и обоснование принципов конструктивного построения элементов датчика скоростного напора
	Расчет параметров, характеристик  элементов и режимов их работы.
	Отчёт о выполнении 2-го модуля.	18.11.12
3 модуль	Анализ источников погрешностей, оценка их вклада в результирующую погрешность жатчика и определение ее численного значения.
	Разработка конструкции основных блоков и датчика скоростного напора
	Оформление пояснительной записки и графической части курсового проекта.
	Отчёт о выполнении 3-го модуля.	16.12.12
	Подготовка к защите и защита курсового проекта.
Итоговая оценка результатов работы студента в течение семестра (максимально возможное значение 60 баллов (20x3), минимально допустимое - 35 баллов).

Задание к исполнению принял_______________________________(подпись студента)

Дата выдачи проекта 14 сентября 2012г                      Срок окончания 20 декабря 2012г

  Студент_______________ допущен к защите курсовой работе

Руководитель проекта ________Порунов А.А.                       _____                _(подпись )

Курсовой проект защищен с оценкой __________

«___»_____________2012г

Содержание

Введение

1. Анализ задачи измерения скоростного  напора………………………….6

2. Обзор методов и средств измерения скоростного напора……………...8

3. Анализ результатов патентно-реферативного  поиска…………………21

4. Выбор и обоснование структурной  схемы датчика……………………25

5. Теоретическое исследование структурно-функциональной

 схемы датчика скоростного  напора……………………………………….29

6. Расчет параметров, характеристик элементов и режимов их работы...32

7. Анализ источников погрешности  и расчет результирующих

 погрешности датчика скоростного напора……………………………….38

Вывод………………………………………………………………………...40

Заключение…………………………………………………………………..41

Список литературы………………………………………………………….42

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

 

Авиационные приборы в целом предназначены для получения первичной информации о режимах полёта и режимах работы силовых установок и агрегатов и переработки её с целью контроля и управления.

Все оборудование самолета по назначению можно классифицировать на следующие группы согласно: пилотажно-навигационное оборудование (ПНО); средства контроля работы силовой установки; радиотехническое оборудование навигации, посадки и УВД; светотехническое оборудование, радиосвязное оборудование, электротехническое оборудование, оборудование внутрикабинной сигнализации.

Измеритель скоростного напора относится к пилотажно-навигационному оборудованию.

Так как в современном мире происходит непрерывный рост технологий, и увеличивается скорость и высота полета, возникает вопрос о совершенствовании первичных приборов информации с учетом множества факторов влияющих на состояние летательного аппарата. В связи с  этим требования к точности и быстродействию приборов возрастают в несколько раз, а следовательно и конструкция их значительно усложняется. Это требует создания принципиально новых приборов или же усовершенствования уже существующих. 
   Актуальность выбранной темы подтверждается наличием огромного числа разработок и изобретений как отечественных, так и зарубежных.

    Ведущими российским  производителем аэрометрического  оборудования на сегодняшний день является ОАО "Аэроприбор - Восход", а среди зарубежных компаний ведущую роль занимают: Великобритания -Marconi Avionics; США - Passer Systems Inc, Rosemount Inc; Франция – Baden Crouzet, SAT.

    Объектом исследования в данном курсовом проекте является термоанемометрический датчик скоростного напора.

    Целью данного курсового проекта является разработка основной конструкторской документации на термоанемометрический датчик скоростного напора, который по своим техническим характеристикам должен соответствовать лучшим образцам отечественной и зарубежной техники, а так же лидировать по технологии следующие несколько лет.

    Для достижения поставленной  цели в данной работе необходимо  рассмотреть ряд задач исследования:

1. Анализ задачи измерения скоростного  напора.

2. Обзор методов и средств  измерения скоростного напора.

3. Анализ результатов патентно-реферативного поиска

4. Выбор и обоснование структурной  схемы датчика.

    Практическая значимость  данного курсового проекта довольно  велика, так как важна повышенная точность, надёжность и живучесть, расширенный диапазон измерения разрабатываемых приборов и круга решаемых ими задач, а также оптимизация габаритно-массовых параметров. Не мало работ посвящено проблемам измерения малых скоростей.

 

 

1. Анализ задачи измерения скоростного напора.

 
        Важность аэрометрических приборов трудно переоценить. Кроме своего прямого назначения они используются и в ряде других систем летательного аппарата.  Например, в системах автоматического регулирования и навигационных системах используются датчики истинной воздушной скорости, скоростного напора (динамического давления), числа М и вертикальной скорости[1].

 Бурное развитие электроники и микропроцессорной техники дало возможность улучшить параметры приборов и датчиков: существенно уменьшить размеры, повысить быстродействие и точность, а так же расширить диапазон измерений. Самостоятельные прежде приборы и датчики стало возможным объединить в приборные комплексы,  которые не только получают первичную информацию, но и обрабатывают, хранят и передают её, а также обеспечивают необходимыми данными лётчика и системы самолёта.

Анализ теории и практики пилотирования современных ЛА показывает, что наблюдаются существенные изменения в информативной ценности различных пилотажных параметров. Вместе с тем необходимо отметить, что значения ИВС по-прежнему являются базовыми параметрами , в зависимости от которых  в наставлениях и нормах лётной годности регламентируются режимы полёта ЛА. Изменение значимости информации о продольной КВС ЛА состоит лишь в том, что уступив роль критического параметра на некоторых режимах полёта, она превратилась в критериальный строго разграничивающий диапазон скоростей полёта на области наилучшего пилотирования  по углу атаки или по перегрузке. Измерители воздушной скорости, превратившись на некоторых режимах и стадиях полёта в резервный  источник информации, значительно повышают безопасность полёта обеспечивая возможность перехода на управление ЛА по скорости, особенно,  в случае отказа или высокого уровня помех, приводящих к неприемлемым искажениям измерителей углов атаки и перегрузки, характерных для полёта при больших углах скольжения, и беспорядочных движениях самолёта.  

В последние годы роль военных самолетов значительно повысилась. Задачи, решаемые ими, постоянно усложняются, в связи с этим повышаются требования к бортовому оборудованию, в частности:

- обеспечение  выполнения более  широкого круга задач;

- повышение точности, надежности, живучести;

- уменьшение габаритных размеров  и масс;

- обеспечение непрерывно поступающей  информации о ВСП для управления  полетом, управления огнём, вычисления  сдвига ветра у поверхности земли, а также осуществление навигации на базе воздушных данных;

-обеспечение измерения малых воздушных скоростей, особенно для вертолета (от -100 до + 370 км/ч). Точность измерения малых воздушных скоростей имеет большое значение на таких ответственных режимах полета, как взлет, висение и посадка;

-улучшение эксплуатационных характеристик. Информационное оборудование ВСП обычно включает цепи измерительного преобразования, вычислительные устройства и работающие от него индикаторы.

Наиболее актуальной проблемой в области создания приемников давления является расширение диапазона измеряемых скоростей, как в сторону больших, так и в сторону меньших, что наиболее важно для вертолетов, поскольку известно, что полет на чрезвычайно малых и нулевых, и даже на отрицательных скоростях является особенностью пилотирования вертолета.

Для измерения воздушной скорости на вертолетах обычно применялись ориентированные однонаправленные приемники воздушного давления (ПВД) (трубки Пито), которые являются традиционными самолетными приемниками и не обеспечивают достаточную точность непрерывность выдачи высотно-скоростных параметров на всем протяжении полета вертолета, поскольку указанные ПВД воспринимают динамическое давление воздушного потока только при работе вперед. Кроме того, на ПВД отрицательно влияет спутная струя несущего винта малых воздушных скоростях (от 37 до 74 км/ч) в связи с тем, полное и статическое давление в трубке Пито значительно пульсирует, вызывая искажения сигналов воздушной скорости.

   В связи с этим в  настоящее время возникает необходимость  создания специальных датчиков давления для вертолетов или самолетов с вертикальным взлетом.

 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Обзор методов и средств измерения скоростного напора.

 

При разработке датчика воздушной скорости необходимо определить основные тенденции измерений[2]. С этой целью ниже представлен обзор методов и средств измерения воздушной скорости по материалам отечественных и зарубежных публикаций (Рис. 2).