Приборы контроля СУ авиационных систем

                 Приборы контроля СУ авиационных систем.

Автор: Набиев Д.Т.

Научный руководитель: доцент, к.т.н. Мирзаев  Р.К.

 

Актуальность  темы.

   В наши дни самолеты способны летать на огромные расстояния и подниматься на большие высоты. В любое время года, днем и ночью, при любой погоде они пересекают океаны и континенты, летают с околозвуковой и сверхзвуковой скоростью. Но все эти успехи современной авиации были бы невозможны, если бы вместе с развитием самолетов не происходило развитие техники, которая помогает пилоту управлять летательным аппаратом. Руководствуясь показаниями всевозможных приборов, экипаж контролирует и управляет работой двигателей и других агрегатов самолета, ориентируется в пространстве, определяет высоту и скорость полета своего лайнера, получает с земли информацию о погодных условиях и квалифицированную помощь, поддерживает связь с диспетчерскими службами.

  Эффективность использования летательных аппаратов (ЛА) определяется, главным образом, безопасностью полетов, их регулярностью, себестоимостью перевозок, вероятностью выполнения поставленных целей. Указанные свойства ЛА во многом зависят от качества технического обслуживания, производительности труда технического персонала и своевременности обнаружения отказов.

 

 

    Проблема.

   В настоящее время основной  проблемой является контроль  и диагностика по техническому  состоянию СУ при эксплуатации.

   Возможно ли определить  точно техническое состояние  двигателя – дефекты, неисправности,  отказы.

  Существующие в настоящее время приборы контроля СУ позволяют не только измерять и контролировать, но и ставить диагноз двигателю.

   Отсутствуют некоторые датчики:

- для существующих лопаток двигателя  в процессе эксплуатации невозможно  измерить механическое напряжение. 
   Отсутствуют методы оценки параметров полёта в реальном режиме времени.

  

   Решение проблемы.

 

      Для анализа и оценки не только параметров двигателя, но и других параметров ВС необходимы новые методы и средства контроля и диагностики в целях обеспечения БП.

  

       Датчики.

 

Датчик-это устройство, которое под воздействием измеряемой физической величины формирует у себя  на выходе эквивалентный сигнал, чаще всего электрической природы, являющейся функцией измеряемой величины

                                                  P=f(X_изм),

Где Р – эквивалентный  сигнал на выходе датчика;

       Х_изм – значение измеряемой величины.

 

   Большинство датчиков являются электрическими. Это обусловлено следующими достоинствами электрических измерений:

- передача сигнала осуществляется с высокой скоростью;

 

- электрические величины  универсальны в том смысле, что  любые другие величины могут  быть преобразованы в электрические  и наоборот;

 

- они точно преобразуются  в цифровой код и позволяют  достигнуть высокой точности, чувствительности и быстродействия средств измерений.

 

  По принципу действия датчики можно разделить на два класса: генераторные и параметрические.

  Генераторные датчики  обеспечивают на выходе изменяющийся  электронный сигнал в виде  электрического заряда, напряжения или тока.

  Параметрические  датчики изменяют свои электрические  свойства(сопротивление, индуктивность,  емкость и д. р.)при изменении  физической величины.

 

Различают три класса датчиков:

- аналоговые датчики,  т. е. датчики, вырабатывающие аналоговый сигнал, пропорционально изменению входной величины;

 

- цифровые датчики,  генерирующие последовательность  импульсов или двоичное слово;

 

- бинарные (двоичные) датчики,  которые вырабатывают сигнал  только двух уровней: "включено/выключено" (иначе говоря, 0 или 1); получили широкое распространение благодаря своей простоте.

 

 

 

 

 

 

 Приборы.

 

Акселерометр (виброметр)– прибор, предназначенный для измерения параметров вибрации.

 

Расходомер - прибор, предназначенный для измерения расхода топлива.

   Расходом называется количество жидкости (газа), протекающее через поперечное сечение потока в единицу времени.

   В зависимости от единиц  измерения количества жидкости  расход может быть объёмным (Q, м³/с) или массовым (М, кг/с).

   В практике измерений расхода жидкостей и газа применяются различные типы расходомеров, основанные на различных физических явлениях:

   расходомеры переменного  перепада давления (со сужающими  устройствами);

   турбинные расходомеры;

   электромагнитные расходомеры;

   ультразвуковые расходомеры;

   инерционные расходомеры  (основанные на инерционном воздействии  массы движущейся жидкости, газа) и другие. 

   Расходомеры такого типа  основаны на принципе инерционного  воздействия массы движущейся  жидкости или газа на чувствительный элемент.

   Чувствительным элементом  расходомера являются две трубки. По ним движется поток жидкости, который разделяется в трубках на две равные части.                                      

                          

                              Конструкция кориолисового расходомера.

 

Около трубок установлены задающие катушки, которые заставляют эти трубки колебаться в противоположном направлении.

При отсутствии расхода на детекторах (см. рис) формируются синусоидальные сигналы с одинаковой фазой.

При движении измеряемой среды через колеблющиеся расходомерные трубки возникает эффект Кориолиса — возникает кориолисовое ускорение, а следовательно, кориолисовая сила. Эта сила направлена против движения трубки, приданного ей задающей катушкой.

В результате воздействия кориолисовой силы на трубки они изгибаются под действием кориолисовой силы, в результате на детекторах (входном и выходном) появляется сдвиг фаз. Величина изгиба, величина сдвига фаз прямо пропорциональна массовому расходу жидкости. Подсчитывается интервал времени, равный сдвигу фаз сигналов детекторов. Интервал сдвига во времени между сигналами входного и выходного детекторов прямо пропорционален массовому расходу.

 

Турбинные расходомеры являются наиболее точными приборами для измерения расхода жидкостей. Приведенная грешность измерения составляет значение порядка 0,5 %. При проведении индивидуальной градуировки (проливки) датчика достигают более высокой точности измерения (0,2% - 0,3%) .

Турбинный расходомер состоит (см. рис) из турбинки 3, индуктивной катушки 4, регистрирующего прибора 1. Турбинка 3 представляет собой аксиальную или тангенциальную лопастную турбинку, опирающуюся на подшипник 2.

 

                         

                     Принципиальная схема турбинного расходомера.

 

Поток измеряемой среды, воздействуя на наклонные лопасти турбинки, сообщает ей вращательное движение с угловой скоростью, пропорциональной расходу Q. Лопасти турбинки, проходя мимо индукционной катушки, наводят в ней Э.Д.С. импульсной формы. Частота следования импульсов зависит от количества лопастей и пропорциональна угловой скорости вращения турбинки,а следовательно,расходу.

     Расход Q рассчитывается по формуле:

                                     Q = k f,

Где k – коэффициент наклона характеристики расходомера,

        f - частота  сигнала на выходе индукционной  катушки.

 

 

Термометр - прибор, предназначенный для измерения температуры.

   Для измерения  температуры ГТД наиболее широко  применяются термометры электрического сопротивления и термопары.                           Принцип действия термометров сопротивления основан на использовании   свойств материалов изменять электрическое сопротивление при изменении температуры      

                                                   

             

   Под термопреобразователем  сопротивления принято понимать  термоприёмник, у которого под  действием окружающей температуры  меняется электрическое сопротивление  проводника.

   Под термопарой  принято понимать два проводника из разнородных металлов (термоэлектроды), соединённых на одном конце и образующих часть устройства, использующего термоэлектрический эффект для измерения температуры.

 

                            

 

                                Схема подключения измерительного прибора.

 

Топливомер – прибор, измеряющий объемное или весовое количество топлива в баках. Они позволяют экипажу самолета в любой момент полета определить, сколько топлива имеется в баках, и оценить время, в течение которого можно продолжать полет. Подобные приборы служат также для измерения запаса масла (масломеры).

 

Тахометр - прибор, предназначенный для измерения частоты вращения.

    При испытании ГТД  важными параметрами являются  частоты вращения роторов. По  величинам этих параметров определяют режим работы двигателя, а также оценивают его термодинамические, прочностные характеристики.

   Существуют различные методы  и конструкции датчиков частоты  вращения. Наиболее часто применяются  электрические методы измерения  частоы вращения:

   оптические;

   индукционные;

   импульсные;

   генераторные.

Индукционный метод. Датчик, основанный на индукционном методе, состоит из диска, изготовленного из магнитного материала и измерительной катушки с магнитным сердечником. На торце диска делаются прорези или выступы.

                                    

 

                         Принцип действия индукционного датчика.

 

Измерительная катушка располагается на небольшом расстоянии от диска (шестерни). При вращении диска мимо катушки проходят выступы и впадины диска, что приводит к изменению магнитного сопротивления катушки. В катушке наводится Э.Д.С. с частотой, пропорциональной частоте вращения вала и количеству выступов на диске.

Амплитуда выходного сигнала зависит от величины зазора между катушкой и диском и от скорости вращения вала

На малых частотах вращения амплитуда сигнала резко уменьшается, поэтому этот метод для измерения малых частот вращения обычно не применяется.

                                

 

                                                 Датчик ДЧВ – 2500А.

 

Датчик ДЧВ - 2500А предназначен для преобразования частоты вращения ротора двигателя в частоту электрических импульсов, выдаваемых по двум электрически не связанным каналам.

Основным узлом датчика ДЧВ - 2500А является бескаркасная катушка состоящая из двух обмоток с постоянным магнитом в качестве сердечника. Катушка с магнитом размещается в корпусе, выполненном из немагнитной нержавеющей стали в виде тонкостенного стакана. Для крепления датчика на корпусе имеется бортик, который прижимается к посадочной поверхности фланцем соответствующей конфигурации и является принадлежностью и двигателя.

Датчик ДЧВ - 2500А работает совместно с индуктором (зубчатым колесом), приводимым во вращение от вала соответствующего ротора через шестеренчатую передачу. При вращении индуктора каждый из его зубьев, проходя в непосредственной близости от торца датчика, изменяет магнитное поле, окружающее витки катушки датчика. В катушке индуцируется Э.Д.С., пропорциональная по частоте и амплитуде частоте вращения зубчатого колеса.

 

Манометр – прибор, предназначенный для измерения давления.

   Измерительный  преобразователь давления (ИПД), или  датчик давления прибор, который  позволяет получать и дистанционно передавать электрический сигнал, пропорционально измеряемому давлению.

   По принципу  действия манометры подразделяются  на:

   жидкостные, где  измеряемое давление уравновешивается  гидростатическим столбом жидкости - воды, ртути;

   деформационные, когда давление определяется по величине деформации и перемещения упругого чувствительного элемента;

   грузопоршневые, когда измеряемое давление уравновешивается  весом поршня с комплектом  образцовых гирь;

   электрические,  когда давление определяется  на основании зависимости электрических параметров (сопротивления, емкости, заряда, частоты) чувствительного элемента от измеряемого давления.

    По виду измеряемого давления манометры и ИПД делятся на приборы измерения:

   абсолютного давления;

   избыточного давления;

   разрежения (вакуумметры);

   давления и  разрежения (моновакуумметры);

   атмосферного  давления (барометры);

   разностного давления (дифференциальные манометры).

Датчики давления деформационные с упругими элементами. Под действием давления упругий элемент меняет свои размеры (форму). Деформация преобразуется либо в перемещение стрелки прибора, либо в электрический сигнал. Используются следующие типы датчиков давлений:        

     1. Индукционные,

     2. Потенциометрические,

     3. Вибрационно-частотные,

     4. Тензометрические,

     5. Емкостные.

На рисунке приведены часто применяемые конструкции датчиков  
давления деформационного типа с упругими элементами.

На рисунке а) приведен датчик с чувствительным элементом — трубкой Бурдона. Трубка с плоским поперечным сечением, изогнутая по неполной дуге, спирали или винтообразной линии стремится под действием давления выпрямиться. Перемещение передается на стрелку прибора.

Датчик с чувствительным элементом — полой и скрученной трубкой  
казан на рисунке  б). Один конец трубки закрыт, а на другой подаётся давление.

        

                      

                    Датчики давления с упругими  чувствительными элементами.