double arrow

Акустический метод

Акустический метод измерения высоты полета аналогичен радиоволновому, но отличается лишь тем, что вместо электро­магнитных колебаний генерируются на самолете и отражаются от Земли звуковые колебания. Основанный на этом принципе действия акустический высотомер состоит из источника звука А1 и приемника звука А2, расположенных на самолете на расстоянии l друг от друга аналогично приемной и передающей антенне ра­диовысотомера (см. рис. 11.3).

Время прохождения звукового сигнала от самолета до Земли и обратно после его отражения зависит от скорости движения

самолета (рис. 11.7):

,

где — ско­рость распространения звука в воздухе в м/сек;

к — постоянная адиабаты, равная для воздуха 1,4;

R — газовая постоянная (R =29,27 м/град);

Т — абсолютная температура воздуха в °К;

V — скорость полета в м\сек.

Прямой сигнал может быть передан от источника звука к приемнику звука не по воздуху, а по проводам (непосредственно от электрического генератора звуковых колебаний). В этом слу­чае время прохождения прямого сигнала сек.

Интервал времени между приемом прямого и отраженного сигналов

.

Учитывая, что время t1 пренебрежимо мало по сравнению с t2, получим

сек.

Измеряя интервал времени , можно определить высоту по­лета, для чего принимаемые звуковые сигналы нужно преобразо­вать в электрические.

Способы измерения т могут быть такими же, как и в радио­высотомерах, к ним относят: способ частотной модуляции излу­чаемых звуковых колебаний с выделением разности частот пря­мых и отраженных сигналов или же способ, основанный на им­пульсном излучении звука с определением расстояния между прямым и отраженным импульсом на катодно-лучевой трубке.

Акустическому высотомеру присущи следующие методические погрешности, которые отсутствуют у радиовысотомеров:

а) температурная погрешность, обусловленная тем, что ско­рость распространения звука в воздухе пропорциональна корню квадратному из абсолютной температуры; эта погрешность из­меняет чувствительность прибора (масштаб измерения); темпе­ратурная погрешность может быть уменьшена путем измерения температуры окружающего воздуха и введением в прибор схемы температурной компенсации;

б) скоростная погрешность, обусловленная тем, что время про­хождения звукового сигнала от самолета до Земли и обратно за­висит от скорости движения летательного аппарата (11.4). При скорости полета, превышающей скорость звука, отраженный сиг­нал вообще никогда не вернется на самолет, из-за чего акусти­ческий метод измерения высоты неприменим при полете со сверх­звуковой скоростью;

в) погрешность от помех, создаваемых шумом авиадвигателя; относительная величина этой погрешности возрастает с увеличе­нием высоты, поскольку при этом уменьшается мощность отра­женного сигнала.

4. Оптический метод [9]

Оптический метод измерения высоты полета аналогичен ра­диоволновому и основан на отражении от Земли светового луча. Передатчиком служит оптический квантовый генератор (лазер), приемником — фотоэлемент. Соотношение, определяющее вре­менной интервал между приемом прямого и отраженного сиг­налов, полученное для радиовысотомеров, остается в силе и для лазерного высотомера.

Другой вариант оптического метода основан на измерении вертикальных углов земных ориентиров (вертикальный угол — это угол между направлением на земной ориентир и вертикалью). Если с помощью оптического визира измерить вертикальный угол некоторого ориентира, лежащего на линии полета на зара­нее известном расстоянии s, то высота полета может быть вычислена по формуле . Этот метод применим в основном для контроля других типов высотомеров во время полета.

5. Инерциальный метод [13]

Инерциальный метод измерения высоты полета основан на двойном интегрировании вертикального ускорения летательного аппарата. Высотомер, построенный по этому принципу, состоит из акселерометра (датчика линейных ускорений) и интегриру­ющего устройства. Ось чувствительности акселерометра ориен­тирована по направлению земной вертикали с помощью гиростабилизированной платформы. Сигнал акселерометра пропорцио­нален алгебраической сумме вертикального ускорения и уско­рения силы тяжести g:

.

Для исключения погрешности, вызванной интегрированием ускорения силы тяжести, на вход интегрирующего устройства необходимо подавать разность

где u2 = Kg — постоянный сигнал, компенсирующий влияние силы

тяжести.

При этом сигнал на выходе интегрирующего устройства (после двойного интегрирования) будет

,

где Н0 — высота, соответствующая началу интегрирования.

Если интегрирование начинается в момент взлета (Н0 = 0), то сигнал инерциального высотомера будет пропорционален от­носительной высоте полета (относительно места взлета).

Погрешности инерциальцого высотомера складываются из по­грешностей акселерометра (в том числе погрешностей из-за не­точной ориентации оси его чувствительности по вертикали), погрешностей от неточной компенсации силы тяжести и погреш­ностей интегрирующего устройства. Основным недостатком мето­да является нарастание погрешности с течением времени (посто­янная погрешность на входе интегратора дважды интегрируется и погрешность на выходе интегратора возрастает пропорциональ­но квадрату времени). Поэтому для реализации инерциального метода необходимы прецизионные устройства.

В результате сопоставления рассмотренных методов можно установить, что истинную высоту полета измеряют радиовысото­меры, акустические и оптические высотомеры, т. е. высотомеры, основанные на свойствах земной поверхности отражать волновые колебания; инерциальный высотомер измеряет относительную вы­соту Нотн, а барометрический высотомер — барометрическую вы­соту Нбар.

Акустический и оптический методы практически не использу­ются на летательных аппаратах: акустический метод принципи­ально неприменим на сверхзвуковых скоростях полета, а на до­звуковых он не нашел применения из-за больших погрешностей, однако не исключена возможность его использования для по­строения посадочного прибора; оптический метод пока еще не получил практического применения, но не исключено его исполь­зование по мере развития конструкций оптических квантовых ге­нераторов.

Основное применение на летательных аппаратах нашли баро­метрический, радиотехнический и в меньшей степени инерциаль­ный методы измерения высоты полета. Область применения инер­циального метода ограничена летательными аппаратами кратко­временного действия из-за нарастания с течением времени по­грешностей измерения высоты.

Ниже излагаются теория и особенности конструкции баромет­рических высотомеров.


Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:  



Сейчас читают про: