Вычислитель угла атаки

 

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН (19) (П) А

3(59 06 7 7

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21)3442141/18-24 (22)24.05.82 (46)07.02.84. Вюл. Р 5 (72)Е.В. ВасильеВ, В.В. Волгин, Г.И. Клюев, С.И. Петров, Г.П. Сачков, М.Я. Чирсков и З.С. Абутидзе (71)Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (53)681.333(088.8) (56)1. Патент CtUA 9 2987254, кл. 235-150.2, опублик. 1963.

2. Патент США 9 3654443, кл. 235150.2, опублик. 1972(прототип). (54)(57) ВЫЧИСЛИТЕЛЬ УГЛА АТАКИ, содержащий три сумматора и первый делитель напряжения, причем выход первого сумматора подключен к первому входу второго сумматора, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности вычислений и расшире. 1 ния его функциональных воэможностей за счет одновременного вычисления координаты положения центра масс и запаса статической устойчивости движущегося объекта, в него введены задатчик момента инерции объекта относительно поперечной оси, датчик угловой скорости, датчик отклонения рУля высоты, задатчик балансировочного угла атаки, датчик положения закрылок, задатчик балансировочного значения координаты положения центра масс, датчик местного угла атаки, пять функциональных преобразователей, два фильтра низкой частоты, второй делитель напряжения, три интегратора, пять сумматоров, три ключа, причем выходы задатчика момента инерции объекта относительно поперечной оси и датчика углового ускорения подключены соответственно к первому и второму входам первого функциональ,ного преобразователя, третий и четвертый входы которого являются соответственно входом задания скоростного напора и входом задания числа Naxa устройства, вход задания числа Маха соединен с первыми входами второго, третьего, четвертого и пятого функциональных, преобразователей, выход первого функционального преобразователя подключен к первому входу третьего сумматора и через первый фильтр частот — к первому входу четвертого сумматора, выход которого соединен с первым входом первого делителя напряжения, выход последнего подключен к первому входу пятого сумматора, выход которого через первый ключ соединен с входом первого интегратора., выход последнего подключен I к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединей с выходом задатчика балансировочного значения координаты положения центI ра,масс, выход датчика угловой ско° рости подключен к второму входу вто- 9 рого функционального преобразователя третий вход которого является входом задания скорости движения устройства выход второго функционального преобразователя соединен с вторым входом третьего сумматора и через второй фильтр низких частот подключен к второму входу четвертого сумматора, выход датчика отклонения руля высоты соединен с вторым входом третьего функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора и через второй ключ подключен к входу второго интегратора, вы.ход которого соединен с третьим входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, выход задатчика балансировочного угла атаки подключен к второму входу пятого сумматора, выход датчика положения закрылок соединен с вторым входом четвер1072069 того функционального преобразователя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход последнего соединен с вторым входом первого делителя напряжения, выход которого подключен к первому входу седьмого сумматора, выход последнего является первым выходом устройства, вторым выходом которого является выход второ. го сумматора, выход первого сумматора является третьим выходом устройства, выход датчика местного угла атаки

Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системе автоматического управления движущимся объектом, например самолетом. 5

Известен вычислитель угла атаки, предназначенный для выполнения вычислений с использованием сумматоров, множйтелей, делителей, фильтров и функциональных преобразователей (1J . щ

Недостатком вычислителя является то, что точность вычисления углов атаки в большой мере зависит от точности измерения расхода горючего бортовыми средствами. 15

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является вычислитель угла атаки состоящий из вычислителя воздушных параметров, трех акселерометров, вычислителя уг- 20 ла скольжения, делителя, восьми множителей, двух синусно-косинусных преобразователей, трех сумматоров, двух масштабных множителей и дифференцирующего элемента, причем вы- 25 ходы первого, второго и третьего акселерометров подключены соответственно к первым входам первого, второго . и третьего множителей, выход вычислителя угла скольжения соединен с входом первого синусно-,косинусного преобразователя, первый выход которого подключен к вторым входам второго и третьего множителей, а второй выход синусно-косинусного преобразователя соединен с вторым входом первого множителя, выход которого подключен к первому входу первого сумматора, выход последнего соединен с первым входом второго сумматора, выход 4 которого подключен к первому входу четвертого множителя, выход последнего соединен с входом первого масштабного множителя, выход которого является выходом устройства и подключен к входу второго синусно-косинусного преобразователя, первый выход соединен с вторым входом пятого функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу восьмого сумматора, выход последнего через третий ключ соединен с входом третьего интегратора, выход которого подключен к третьему входу пятого сумматора и к вторым входам седьмого и восьмого сумматоров, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго делителя напряжения. последнего соединен с первыми входами пятого и шестого множителей, а второй выход второго синусно-косинусного преобразователя подключен к первым входам седьмого и восьмого множителя, выход второго множителя соединен с вторыми входами пятого и седьмого множителей, выход третьего множителя подключен к вторым входам шестого и восьмого множителей, выходы пятого и восьмого множителей соединены соответственно с вторым и третьим входами первого сумматора, а выходы шестого и седьмого множителей подключены соответственно к первому и второму входам третьего сумматора, выход которого соединен с вторым входом четвертого множителя, первый выход вычислителя воздушных параметров подключен к первому входу делителя и входу дифференцирующего элемента, выход которого соединен с третьим входом второго сумматора, второй

"выход вычислителя воздушных параметров подключен к второму входу делителя, выход которогс -через второй масштабный множитель соединен с четвертым входом второго сумматора.

Отличительной особенностью из.вестного вычислителя является пред-. варительное вычисление текущей массы самолета с использованием зависимости вида

C e." С .rp

a> q.5

4. где С и Су - производные коэффициента подъемной силы по углу атаки и отклонению руля высоты;

Q - нормальное ускорение са. молета; — угол отклонения руля высоты

aL — угол атаки, измеренный интегральным способом;

1072069

3 скоростной напор — площадь характерного сечения.

Инерциальный угол атаки имеет погрешность, вызванную возмущениями дви» жения самолета турбулентностью воздуш 5 ного потока (2) . Поэтому сигнал мас-. сы, измеренный таким образом, пропускают через фильтр низкой частоты, затем по вычисленному значению массы производят вычисление истинного угла 10 атаки ot. известным способом (п aN ц м= — -с

С Ч

Недостатком известной схемы вычисления является зависимость точности вычисления массы от точности определения С и С ;

Ч Ч

Цель изобретения — повышение . 30 точности вычислений угла атаки и рас-. ширение функциональных возможностей вычислителя за счет одновременного вычисления координаты положения центра масс и запаса статической устой- 75 чивости движущегося объекта.

Указанная цель достигается тем, что в вычислитель угла атаки, содержащий три сумматора и первый делитель напряжения, причем выход пер- gp вого сумматора подключен к первому входу второго сумматора, введены эадатчик момента инерции объекта относительно поперечной оси, датчик углового ускорения, датчик угловой скорости, датчик отклонения руля высоты, задатчик балансировочного угла атаки, датчик положения закрылок, эадатчик балансировочного значения координаты положения центра масс, датчик местного угла атаки, 40 пять функциональных преобразователей, два фильтра низкой частоты, второй делитель напряжения, три интегратора, пять сумматоров, три ключа, причем выходы задатчика момента инер- 45 ции.объекта относительно поперечной оси и датчика углового ускорения подключеньт соответственно к первому и второму входам первого функционального преобразователя, третий и чет- 50 вертый входы которого являются соответственно входом задания скоростного напора и входом .задания числа

Маха устройства, вход задания числа

Маха соединен с первыми входами вто- 55 рого, третьего, четвертого и пятого функциональных преобразователей, выход первого функционального преобразователя подключен к первому входу третьего сумматора и через первый gp фильтр низких частот — к первому вхо ду четвертого сумматора, выход которого соединен с первым -входом первого делителя напряжения, выход последнего подключен к первому входу пятого сум-65 матора, выход которого через первый

;ключ соединен с входом первого инте гратора, выход последнего подключен к первому входу первого сумматора, второй вход которого соединен с выходом задатчика балансировочного значения координаты положения центра масс, выход датчика угловой скорости подключен к второму входу второго фунКционального преобразователя, третий вход которого является входом задания скорости движения устройства, выход второго функционального преобразова- . теля соединен с вторым входом третьего сумматора и через второй фильтр низких частот подключен к второму входу четвертого сумматора, выход датчика отклонения руля высоты соединен с вторым входом третьего функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу шестого сумматора, выход которого соединен с третьим входом третьего сумматора и через второй ключ подключен к входу второго интегратора, выход которого соединен с третьим входом четвертого сумматора и вторым входом шестого сумматора, выход задатчи ка балансировочного угла атаки подключен к второму входу пятого сумматора, выход датчика положения закры-. лок соединен с вторым входом четвер- того функционального преобразователя, выход которого подключен к второму входу второго сумматора, выход последнего соединен с вторым входом первого делителя напряжения, выход кототорого подключен к первому входу седьмого сумматора, выход последнего является первым выходом устройства, вторым выходом которого являемся вы.ход второго сумматора, выход первого сумматора является третьим выходом устройства, выход датчика местного угла атаки соединен с вторым входом пятого функционального преобразователя, выход которого подключен к первому входу восьмого сумматора, выход последнего через третий ключ соединен с входом третьего интегратора, выход которого подключен к третьему входу пятого сумматора и к вторым входам седьмого и восьмого сумматоров, выход третьего сумматора соединен с вторым входом второго делителя напряжения.

На чертеже-представлена структурная схема вычислителя угла атаки.

Вычислитель состоит из задатчика

1 момента инерции объекта относительно поперечной оси, датчика 2 угло вого ускорения, датчика 3 угловой скорости, датчика 4 отклонения руля высоты эадатчика 5 балансировочного угла атаки, датчика б положения закрылок, эадатчика 7 балансировочного значения координаты положения центра

1072069

Расчеты показывают, что T при полете со скоростью 100 м/с имеет значение порядка 0,001-0,002 с и при увеличении скорости полета уменьшается.

Поэтому в уравнении (3) членом Т,( можно пренебречь. Обозначив К „„ Т == К и принимая во внимание, что

М Р для самолета с тягой по оси tnt = 0„ получают

Г у ° (д Чв

" + ш."" ((, (4)

tn (5ЪО, де . „м цм), (Счев х Ч 65 масс, датчика 8 местного угла атаки, пяти функциональных преобразователей

9-13, двух фильтров 14 и 15, низкой частоты, двух делителей 16 и 17 напряжения, трех .интеграторов 18-20, восьми сумматоров 21-28 и трех клю- 5 ,чей 29-31, а также трех шин, шины 32 скоростного напора, шины 33 числа

Маха и шины 34 воздушной скорости.

Вычислитель работает следующим образом. 10

Для продольного движения самолета известно равенство (д =g!6> (1)

rpe3z — момент инерции самолета, Й вЂ” угловое ускорение, Y.Ф - суммарный момент внешних сил.

Раскрыв суммарный момент внешних сил, уравнение (1)можно записать как

4 20

3 z z, (а " п о(. ю с(, O(М

Х Е (p) z. Ч.

+ N -a<+ò -cqt м Р) где ), - скоростной напор, 6 — площадь крыла, Ь„ — средняя аэродинамическая хорда, Nх - значение коэффициента момента при значении коэффициента подъемной силы 30

С = О, т"

2, з т

R,ï,ò — производные коэффициента момента по соответствующим параметрам, 35 — угол атаки, о(— скорость изменения угла атаки, Р— тяга силовых установок.

Решив уравнение (2) относительно 40 получают ( "о К4i (« р) 4 К(o yak pI () где о а, (3) . 45

О tYla > ЯТ. 01м 95

Ъ р а

rn п., К =- к т " (в х мф т а Sb

z, () а

= с"„(х, - x,); (: > 4 (v) > т — относительная коорь, дината центра масс, )(=- -- относительная коорди,(р

Р ната фокуса,, = (м); Х,=1(м1.

С учетом изложенного уравнение (4) можно представить как

tnt x m", о(о+ — — .qSS„ C> СЧ

Вычислитель угла атаки реализует зависимость (5) и может работать в двух режимах: комплексном и аналитическом. В комплексном режиме ключи

29-31 замкнуты. С выхода функционального преобразователя 9, реализующего зависимость 3ã.Ыз сигнал постуC

СЗ аБЬо пает на вход сумматора 21 непосредственно и на вход сумматора 22 через

Фильтр 14 низкой частоты, который осредняет сигнал. С, выхода Функционального преобразователя 10, реализующего зависимость tn сигнал ;(д2 ъ с„ поступает на вход сумматора 21 непосредственно и на вход сумматора 22 через фильтр 15 низкой частоты, осредняющей сигнал. С выхода функционального преобразоватреля 11, реализующего зависимость сигнал постуС

Ч пает на вход сумматора 23. С выхода сумматора 23 сигнал поступает на вход сумматора 21 и через ключ 29 .на вход интегратора 18, с выхода которого сигнал подается на вход сумматора 22 и на вход сумматора 23, С выхода Функционального преобразователя 12, реализующего зависимость

Р = C> Х, сигнал поступает на вход сумматора 25, с выхода которого сигнал поступает на входы делите.лей 16 и 17, на другие входы которых подаются сигналы соответственно с выхода сумматора 21 и с выхода сумматора 22. С выхода делителя 17 сигнал поступает на вход сумматора 24, на другой вход которого поступает сигнал от задатчика балансировочного угла атаки самолета, а с выхода сумматора 24 сигнал через ключ 30 и интегратор 19 поступает на вход сумматора 26, на другой вход которого подается сигнал от эадатчика 7 балансировочного значения координаты положения центра масс, а с выхода сумматора 26 сигнал подается на вход сумматора 25. С выхода функционального преобразователя 13, реализующего зависимость of. = К и А, сигнал поступает на вход сумматора 27, с выхода которого сигнал через ключ 31 и интегратор 20 подается на входы сумма1072069

Составитель И. Дубинина

Техред М. Гер гель Корректор N. Демчик!

Редактор А. Курах

Тираж 699 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва,.Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 128./42

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 торов 24, 27 и 28. На вход сумматора 28 подается также сигнал с вы.хода делителя 16. С выхода сумматора 28 снимается сигнал, характеризующий истинный угол атаки, с вы- хода сумматора 25 снимается сигнал, 5 характеризующий запас статической устойчивости, а с выхода сумматора

26 снимается сигнал, характеризующий текущее значение координаты центра масс. 10

В комплексном режиме происходит осреднение значений угла атаки, полученных при помощи датчика 8 местных углов атаки, и к ним добавляются вычисленные значения динамических поправок.

Аналитический. режим работы вычислителя используется на режимах, при которых датчик 8 местных углов атаки дает большую погрешность, на-. пример при значительном боковом скольжении сомолета. При включении аналитического режима происходит размыкание ключей 29-31, тем самьве отключается датчик 8 местных углов атаки и в систему поступает запомненное интегратором 20 значение угла атаки, бывшее в момент отключения ключей 29-31, которое суммируется с вычисленными поправками.

Предлагаемое техническое решение . позволит с помощью датчиков произ водить вычисление истинного значения угла атаки с большей степенью точности и достоверности за счет добавок, связанных с динамикой:.полета.